DE202022101631U1

DE202022101631U1 - Ermittlungsmodul, Rangiersystem und Anhänger

Info

Publication number: DE202022101631U1
Application number: DE202022101631.3U
Authority: DE
Original assignee: Alois Kober GmbH
Current assignee: Alois Kober GmbH
Priority date: 2022-03-28
Filing date: 2022-03-28
Publication date: 2023-07-03
Anticipated expiration: 2032-03-29

Abstract

Ermittlungsmodul ausgebildet zur Ermittlung der Zuladung (Δm) eines abgekuppelten Anhängers (3), der ein Rangierantriebssystem (2) aufweist, welches mindestens eine Antriebseinheit (14,14') für den drehenden Antrieb von beidseitigen Anhängerrädern (12, 13)und einen Messwertgeber (18) für ein Antriebsmoment, eine Antriebskraft oder ein Äquivalent sowie einen Messwertgeber (19) für eine Antriebsdrehzahl und/oder eine Antriebsbeschleunigung oder ein Äquivalent umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Ermittlungsmodul (1) dazu ausgebildet ist, bei einem Ermittlungsprozess eine Steuer- und Signalverbindung (29) mit dem Rangierantriebssystem (2) zu bilden und das Rangierantriebssystem (2) derart zu steuern, dass das Rangierantriebssystem (2) nacheinander Messfahrten des abgekuppelten Anhängers (3) im Leerzustand (L) und im mit der Zuladung (Δm) beladenen Zustand (B) mit einem jeweils gleichen vorgegebenen Fahrmodus bewirkt, wobei das Ermittlungsmodul (1) die Messwerte der Messwertgeber (18, 19) während der Messfahrten aufnimmt und daraus die Zuladung (Δm) des abgekuppelten Anhängers (3) ermittelt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Ermittlungsmodul zur Ermittlung der Zuladung (Δm) eines abgekuppelten Anhängers mit Rangiersystem mit den Merkmalen im Oberbegriff der selbstständigen Ansprüche.
Die EP 3 128 299 A1 befasst sich mit der Berechnung einer aktuellen Anhängermasse. Sie zeigt ein Antriebssystem für einen Anhänger, welches eine Steuerung und für jede Seite des Anhängers mindestens eine Antriebsvorrichtung mit einem Gleichstrommotor für den Antrieb der Anhängerräder umfasst. Das Antriebssystem umfasst ferner Vorrichtungen zur Ermittlung der Stromaufnahme und der Drehzahl der Motoren, einen Auffahrtskeil mit einem ebenen Abschnitt und einem keilförmigen Abschnitt mit bekanntem Steigungswinkel sowie ein Modul zur Berechnung der Anhängermasse. Die Anhängermasse wird anhand eines Unterschieds der ermittelten Motorstromaufnahme auf den Abschnitten mit unterschiedlicher Steigung des Auffahrtskeils berechnet unter Berücksichtigung der vorgegebenen Drehzahl und der Temperatur.
Die DE 102 44 789 A1 sieht zur Bestimmung der Masse eines Kfz vor, dass während der normalen Fahrt die Antriebskraft und die Beschleunigung des Kfz zu jeweils zwei Zeitpunkten unter möglichst konstanten Fahrbedingungen erfasst werden, wobei aus deren jeweiliger Differenz die Masse rechnerisch ermittelt wird.
Die DE 10 2019 216 044 A1 befasst sich mit einem fahrzeugfesten Beschleunigungssensor, der zur Ermittlung eines Beladezustands in Vergleich mit Beschleunigungsdaten des leeren Fahrzeugs eingesetzt wird.
Die EP 2 455 278 A2 zeigt Aufbau und Anordnung eines Rangierantriebs an einem Anhänger.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine bessere Ermittlungstechnik für die Zuladung (Δm) eines abgekuppelten Anhängers aufzuzeigen.
Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen in den selbstständigen Ansprüchen.
Die beanspruchte Ermittlungstechnik, d.h. das Ermittlungsmodul, das Ermittlungsverfahren, das damit ausgerüstete Rangiersystem und der Anhänger, haben verschiedene Vorteile.
Die beanspruchte Zuladungsermittlungstechnik ist besonders leistungsstark, aufwandsarm, sicher sowie leicht und ergonomisch handhabbar. Sie kann ohne einen in mehrfacher Zahl am Anhänger mitzuführenden Auffahrtskeil auskommen. Die Zuladung (Δm) des abgekuppelten Anhängers lässt sich aus dem Stand und an beliebig geeigneten Stellen mit einem ausreichend festen, bevorzugt ebenen, insbesondere horizontalen, Untergrund ermitteln. Der Platzbedarf hierfür ist minimal.
Die Ermittlungstechnik kann mit den an einem Rangiersystem bereits vorhandenen Komponenten, insbesondere Messwertgebern und eventuell einer Steuereinrichtung, auskommen. Das Ermittlungsmodul kann den Ermittlungsprozess eigenständig und automatisch durchführen. Es kann als Hardwaremodul und/oder als Softwaremodul ausgebildet sein. Das Ermittlungsmodul kann in einer mobilen und insbesondere tragbaren Fernbedienung, z.B. einem dedizierten Gerät oder einem universellen tragbaren Computer, insbesondere Smartphone, angeordnet sein.
Ein Rangiersystem und ggfs. ein Anhänger können mit einem Ermittlungsmodul herstellerseitig und in der Erstausrüstung ausgestattet sein. Andererseits können vorhandene Rangiersysteme und ggfs. Anhänger mit einem Ermittlungsmodul nachgerüstet oder umgerüstet werden.
In einem Erfindungsaspekt sehen das Ermittlungsmodul und das Ermittlungsverfahren vor, dass das Ermittlungsmodul bei einem Ermittlungsprozess für die Höhe einer Zuladung (Δm) sich in einer Steuer- und Signalverbindung mit dem Rangierantriebssystem befindet oder gebracht werden kann und dass das Ermittlungsmodul das Rangierantriebssystem derart ansteuert, dass das Rangierantriebssystem nacheinander Messfahrten des abgekuppelten Anhängers im Leerzustand (L) und in dem mit der Zuladung (Δm) beladenen Zustand (B) mit einem jeweils gleichen vorgegebenen Fahrmodus bewirkt. Das Ermittlungsmodul nimmt dabei Messwerte von Messwertgebern des Rangierantriebssystems während der Messfahrten auf und ermittelt, insbesondere berechnet, daraus die Masse der Zuladung (Δm) des abgekuppelten Anhängers. Dies können insbesondere Messwerte für ein Antriebsmoment oder ein Äquivalent und für eine Antriebsbeschleunigung oder ein Äquivalent sein.
Die Reihenfolge der Messfahrten im Leerzustand (L) und im beladenen Zustand (B) ist wählbar. In der Praxis ist es von Vorteil, zuerst die Messfahrt im Leerzustand (L) durchzuführen, anschließend den Anhänger zu beladen und dann die Messfahrt im beladenen Zustand (B) vorzunehmen. Die Messfahrt im Leerzustand (L) kann einzeln oder mehrfach nacheinander durchgeführt werden. Das Gleiche gilt für die Messfahrt im beladenen Zustand (B).
Die äußeren Fahrbedingungen, z.B. Umgebungstemperatur, Feuchtigkeit etc., sollten bei den Messfahrten im Leerzustand (L) und im beladenen Zustand (B) möglichst gleich sein. Daher ist es sinnvoll, die Messfahrten zeitnah nacheinander und am gleichen Ort durchzuführen. Günstig ist die Durchführung der Messfahrten unmittelbar vor und unmittelbar nach der Beladung. Zwischen den Messfahrten im Leerzustand (L) und im beladenen Zustand (B) bleibt das Rangierantriebssystem und seine mindestens eine Antriebseinheit vorzugsweise im Treibeingriff mit den beidseitigen Anhängerrädern. Dies trägt zur Beibehaltung der äußeren Fahrbedingungen bei.
Das Ermittlungsmodul kann das Rangierantriebssystem entsprechend steuern, um den Treibeingriff aufrecht zu erhalten. Das Ermittlungsmodul kann auch direkt oder mittelbar die Beibehaltung der äußeren Fahrbedingungen kontrollieren und bei Abweichungen ein Warnsignal abgeben. Dies kann z.B. bei direkter Kontrolle eine Erfassung der Umgebungsbedingungen beinhalten. Eine mittelbare Kontrolle kann eine Überwachung der Zeit zwischen den Messfahrten im Leerzustand (L) und im beladenen Zustand (B) einschließen.
Das Ermittlungsmodul kann das Rangierantriebssystem derart steuern, dass es bei den Messfahrten im Leerzustand (L) und im beladenen Zustand (B) den abgekuppelten Anhänger jeweils entlang einer bevorzugt ebenen, insbesondere horizontalen, Fahrstrecke (x,x`) mit dem vorgegebenen Fahrmodus bewegt. Die Fahrstrecken (x,x`) schließen bevorzugt aneinander an. Günstig ist auch eine gerade Ausrichtung der Fahrstrecken (x,x`). Bei den Messfahrten können die Umgebungsbedingungen konstant gehalten und äußere Stör- und Fehlereinflüsse gemindert werden.
Der vorgegebene Fahrmodus kann bei den Messfahrten im Leerzustand (L) und im beladenen Zustand (B) jeweils eine Beschleunigungsfahrt aus dem Stillstand mit vorgegebener Beschleunigung und eine anschließende Konstantfahrt mit vorgegebener konstanter Geschwindigkeit umfassen. Die vorgegebene Beschleunigung und die vorgegebene Geschwindigkeit können bei den Messfahrten im Leerzustand (L) und im beladenen Zustand (B) gleich sein.
Die Beschleunigungsvorgabe kann z.B. eine bestimmte Beschleunigungshöhe und ggf. auch eine bestimmte Beschleunigungsdauer umfassen. Die bestimmte Beschleunigungshöhe kann einen bestimmten und bevorzugt konstant gehaltenen Beschleunigungswert beinhalten. Das Ermittlungsmodul kann das Rangierantriebssystem derart steuern, dass die Beschleunigung des Rangierantriebssystems, insbesondere seiner mindestens einen Antriebseinheit, auf einen konstanten Beschleunigungswert geregelt wird. Alternativ kann die Beschleunigungsvorgabe auf eine maximal mögliche Beschleunigung gerichtet sein. Die Beschleunigung bezieht sich auf die Längsbeschleunigung in Fahrtrichtung.
Die bestimmte Beschleunigungsdauer kann auf eine vorgegebene Zeitspanne oder einen vorgegebenen Weg oder auf das Erreichen einer bestimmten Geschwindigkeit, insbesondere der vorgegebenen Höhe der Geschwindigkeit bei Konstantfahrt, gerichtet sein. Die Höhe der vorgegebenen konstanten Geschwindigkeit bei Konstantfahrt kann die maximale Geschwindigkeit des Rangierantriebssystems sein. Es kann auch ein geringerer Wert vorgegeben werden. Die Dauer der Konstantfahrt kann vorgegeben sein. Am Ende der jeweiligen Konstantfahrt kann das Rangierantriebssystem auf Veranlassung des Ermittlungsmoduls den abgekuppelten Anhänger wieder zum Stillstand bringen.
Das Rangiersystem kann den abgekuppelten Anhänger bei den Messfahrten über die jeweilige Fahrstrecke (x,x`) auf dem Untergrund in Vorwärtsrichtung (V) oder in Rückwärtsrichtung (R) bewegen. Die Fahrtrichtung kann bei den Messfahrten im Leerzustand (L) und im beladenen Zustand (B) jeweils gleich bleiben. Die Fahrtrichtung ist vorzugsweise gerade. Die Messfahrt im Leerzustand (L) und im Beladezustand kann jeweils einzeln oder mehrfach durchgeführt werden.
Das Ermittlungsmodul nimmt bei diesen Messfahrten jeweils die Messwerte der Messwertgeber des Rangiersystems auf und berechnet daraus die Zuladung (Δm) des abgekuppelten Anhängers. Bei einem vorgegebenen konstanten Beschleunigungswert kann der Vorgabewert der aufgenommene Wert der Antriebsbeschleunigung oder eines Äquivalents sein. Das Ermittlungsmodul kann das Rangiersystem derart steuern, dass dieses die Antriebsbeschleunigung konstant hält und die Antriebseinheit(en) entsprechend regelt.
Ferner kann das Rangiersystem vom Ermittlungsmodul zu einer Synchronisierung der Antriebsgeschwindigkeiten oder Drehzahlen von linken und rechten Antriebseinheiten veranlasst werden. Hierdurch können unerwünschte Fahrbewegungen vermieden werden, z.B. Kurvenfahrten statt der bevorzugten Geradeaus-Fahrten.
Das Ermittlungsmodul kann Steuer- und Rechenprozesse durchführen. Das Ermittlungsmodul kann ggf. die aufgenommenen Messwerte speichern, kann bei mehrfachen Messfahrten im Leerzustand (L) und im beladenen Zustand (B) jeweils eine Mittelwertbildung anwenden und kann auch mit Gleitkommazahl rechnen. Durch eine Mittelwertbildung können sich Vorteile für die Mess- und Ermittlungsgenauigkeit ergeben. Äußere Einflüsse, wie z.B. durch eine evtl. Steigung der Fahrstrecke (x, x'), durch Radlenkerstellungen, Radbremsen oder dgl. können kompensiert werden.
Das Ermittlungsmodul kann die Zuladung (Δm) des abgekuppelten Anhängers z.B. mit der in Anspruch 14 angegebenen generischen Formel auf Basis der Antriebskräfte (F) bei Beschleunigungsfahrt im Leerzustand (L) und im Beladezustand (B) sowie bei Konstantfahrt im Leerzustand (L) berechnen. Die Herleitung der Formel ist nachfolgend bei den Ausführungsbeispielen angegeben.
Die generische Formel bezieht sich auf eine einzelne Antriebseinheit und deren Anteil an der Zuladung. Bei einer Mehrfachanordnung von Antriebseinheiten, die gemeinsam die gesamte Anhängermasse und die Zuladung (Δm) bewegen, ist die Formel entsprechend der Zahl der Antriebseinheiten anzupassen.
Das Ermittlungsmodul kann dazu ausgebildet sein, die Antriebskräfte (Fab), (Fal) und (Fkl) aus den aufgenommenen, insbesondere elektrischen, Antriebsmomenten (M) zu ermitteln.
Die mindestens eine Antriebseinheit kann beliebig ausgebildet sein. Vorzugsweise umfasst die mindestens eine Antriebseinheit ein Antriebsmittel mit einem Elektromotor, z.B. einem elektrischen Gleichstrommotor, insbesondere einem fremderregten elektrischen Gleichstrommotor. Das Rangiersystem kann linke und rechte bevorzugt elektromotorische Antriebseinheiten für den drehenden Antrieb der beidseitig am Anhänger angeordneten Anhängerräder aufweisen. Die linken und rechten Antriebseinheiten können paarweise vorhanden sein. Dies können z.B. zwei oder vier Antriebseinheiten sein.
Die beim Rangiersystem vorzugsweise bereits vorhandenen Messwertgeber können das Antriebsmoment (M) oder die Antriebskraft (F) und die Antriebsbeschleunigung (a) direkt oder über ein Äquivalent erfassen und an das Ermittlungsmodul durch die Signalverbindung übermitteln.
In einer bevorzugten Ausführungsform mit einer besagten elektromotorischen Antriebseinheit nehmen die Messwertgeber als Äquivalent für das Antriebsmoment (M) oder die Antriebskraft (F) den Motorstrom (I) und ggf. die Motorspannung (U) einer einzeln oder mehrfach vorhandenen elektromotorischen Antriebseinheit auf. Als Äquivalent für die Antriebsbeschleunigung des Anhängers kann z.B. die Antriebsgeschwindigkeit (v) oder die Antriebsdrehzahl (n) der ein oder mehreren Antriebseinheiten über der Zeit erfasst werden. Hierüber können unter Berücksichtigung der Verlustleistung das elektrische Antriebsmoment (M) und die jeweiligen Antriebkräfte (F) ermittelt werden.
Es ist andererseits möglich, das elektrische Antriebsmoment (M) anhand des gemessenen Motorstroms (I) aus einer Momentenkennlinie zu ermitteln.
Die hergeleitete generische Formel erlaubt es, nur mit elektrischen Motorkennwerten zu rechnen, die leicht erfasst werden können. Der mechanische Wirkungsgrad der Antriebseinheit kann dabei ausgeblendet werden. Bei einer anderen Rechenmethode kann der mechanische Wirkungsgrad einfließen und z.B. aus einer Kalibrierung gewonnen werden.
Eine direkte Momentenerfassung ist über Momentengeber an geeigneter Stelle möglich, wobei ggf. eine Übersetzung und ein Wirkungsgrad zu berücksichtigen sind. Eine direkte Beschleunigungserfassung in Längsrichtung bzw. Fahrtrichtung ist z.B. über Beschleunigungsgeber möglich. Hierbei kann ein ggf. vorhandener Beschleunigungsgeber einer Fahrstabilisierungseinrichtung, z.B. Schlingerbremse, oder dgl. benutzt werden.
Die vom Ermittlungsmodul veranlassten Fahrbewegungen erfolgen jeweils aus dem Stillstand. Die Fahrbewegungen können dabei in der vorgenannten Weise mit Beschleunigung bis zu einer konstanten Fahrt erfolgen. Sie können dann wieder mittels einer steuerbaren Bremseinrichtung beendet werden.
Für die Ermittlung der Zuladungsmasse werden die Werte der Messwertgeber während der Beschleunigungsphase und ggf. an deren Ende und Übergang in die Konstantfahrt erfasst und verarbeitet. Die Beschleunigungsphase mit bevorzugt konstanter Beschleunigung der Antriebseinheit(en) kann sehr kurz sein und kann z.B. wenige Sekunden betragen. Dementsprechend kurz können auch die Fahrstrecken (x,x`) sein. Der Platzbedarf des Anhängers und seiner Fahrbewegungen während des Ermittlungsprozesses kann minimiert werden. Die Länge der bevorzugt ebenen Fahrstrecken (x,x`) kann jeweils z.B. zwischen 20cm und 1m betragen. Vorzugsweise liegt sie in einem Bereich zwischen 30cm und 50cm.
Das Ermittlungsmodul kann die aufgenommenen Werte der Messwertgeber speichern und zur Ermittlung der Zuladungsmasse verarbeiten und auswerten. Das Ermittlungsmodul kann dabei mit einer geeigneten Taktfrequenz, von z.B. 100 Hz oder mehr arbeiten. Das Ermittlungsmodul kann auch eingegebene Vorgabewerte speichern und zur Ermittlung der Zuladungsmasse verarbeiten, z.B. den dynamischen Rollradius (rdyn) der Anhängerräder, eine Übersetzung sowie einen Wirkungsgrad der jeweiligen Antriebseinheit oder dgl.. Das vorab bestimmte Ausgangsgewicht des abgekuppelten Anhängers kann ebenfalls eingegeben und gespeichert werden.
Das besagte Ausgangsgewicht des abgekuppelten Anhängers ist das bei der Messfahrt im Leerzustand (L) vorhandene Anhängergewicht. Das Ausgangsgewicht kann das Leergewicht des Anhängers im Auslieferungszustand sein und kann ggf. den Fahrzeugpapieren entnommen werden. Das Ausgangsgewicht kann auch das Anhängergewicht in einem teilbeladenen Zustand des Anhängers sein. Eine Teilbeladung kann z.B. von Einbauten am Anhänger, insbesondere Wohnanhänger, von Füllgraden eines Tanks oder dgl. bestimmt werden.
Die Ermittlung des Ausgangsgewichts kann in verschiedener Weise vorgenommen werden, z.B. durch einen Wiegevorgang zu Beginn der Camper-Saison oder durch eine frühere Kalibrierfahrt, die analog zur Erfindung zur Bestimmung der Teilbeladung durchgeführt wird.
Das Ermittlungsmodul kann die ermittelte Zuladung (Δm) des abgekuppelten Anhängers und/oder einen hiervon abgeleiteten anderen Parameter vor Ort oder extern anzeigen und/oder signalisieren. Eine bevorzugt drahtlose Signalisierung kann z.B. an ein Zugfahrzeug oder an eine Zusatzeinrichtung am Anhänger, z.B. eine Schlingerbremse, eine elektrische Achse zur Fahrunterstützung im Gespannbetrieb oder dgl. erfolgen.
Der ermittelte Zuladungswert kann in unterschiedlicher Weise genutzt werden, insbesondere i.V.m. der darauf beruhenden Ermittlung eines aktuellen Gesamtgewichts des Anhängers. Der Bediener kann über den angezeigten Wert oder eine Differenz zu einer Vorgabe die Zulademöglichkeiten und das evtl. Erreichen des zulässigen Gesamtgewichts des Anhängers überprüfen. Die Bremskräfte einer Schlingerbremse können lastabhängig adaptiert werden. Auch die Betriebsbremse des Anhängers kann bedarfsweise dynamisiert werden. Bei einem Zugfahrzeug kann z.B. dessen ESP-Fahrstabilisierungssystem angepasst werden. Weitere Nutzungen sind Zuglast- und Steigungswarnungen, Reifendruckluftwarnungen, Batteriekapazitätswarnungen bei einer elektrischen Achse oder dgl..
Das Ermittlungsmodul und das Ermittlungsverfahren sind dazu ausgebildet, den Ermittlungsprozess automatisch und eigenständig auszuführen. Der Bediener braucht den Ermittlungsprozess nur durch einen Auslöser zu starten. Es bedarf beim Prozessablauf keines manuellen Bedienereingriffs, um die Fahrbewegungen und die Erfassung sowie Verarbeitung der Messwertgeberdaten auszuführen.
Für die Ausgestaltung des Ermittlungsmoduls als Hardwaremodul und/oder Softwaremodul, insbesondere kombiniertes Hard- und Softwaremodul oder reines Softwaremodul, gibt es verschiedene Möglichkeiten. In einer Ausbildung als Softwaremodul, z.B. Computerprogrammprodukt, kann das Softwaremodul z.B. in eine bestehende Steuereinrichtung des Rangiersystems und in deren Steuerprogramm implementiert werden. Dies kann bei der Herstellung des Rangiersystems oder nachträglich geschehen. Eine solche Steuereinrichtung kann anhängerfest oder mobil ausgebildet sein. Eine mobile Steuereinrichtung kann z.B. in einer dedizierten und mobilen Fernbedienung angeordnet sein.
In einer anderen Variante ist es möglich, das Ermittlungsmodul hardwaremäßig als Steuereinrichtung mit einer Steuerungs- und Ermittlungssoftware auszubilden. Dies kann z.B. in Form einer modifizierten mobilen Fernbedienung oder durch Austausch oder Ergänzung einer fahrzeugfesten oder mobilen Steuereinrichtung geschehen.
In einer Ausführungsform kann ein softwaremäßig ausgebildetes Ermittlungsmodul als App ausgestaltet sein, die auf einen universellen tragbaren Computer, z.B. ein Smartphone, ein Tablet oder dgl., aufgespielt werden kann und dessen Hardware und Software als Steuereinrichtung nutzt. Mit dem universellen tragbaren Computer werden Consumer-Geräte bezeichnet, die für eine Vielzahl unterschiedlicher und beliebiger Einsatzmöglichkeiten konzipiert und nicht dediziert sind. Das Rangiersystem und der Ermittlungsprozess können dabei über den tragbaren Computer gesteuert bzw. ausgelöst werden. Der tragbare Computer und insbesondere dessen Touchscreen kann außerdem zum manuellen Steuern des Rangiersystems, insbesondere für die Fahrtrichtung und die Geschwindigkeit des Anhängers, eingesetzt werden.
Von der App können auf dem Monitor, insbesondere Touchscreen, ein oder mehrere Bedienmittel für eine Steuerung des Rangiersystems und des abgekuppelten Anhängers sowie ggf. eine Anzeige generiert werden. Ein Bedienmittel kann als sensitives Steuerfeld für eine Steuerung der Anhängerbewegungen, insbesondere für die Fahrtrichtung und die Geschwindigkeit des abgekuppelten Anhängers, ausgebildet sein. Das sensitive Steuerfeld kann ein Zentrum und eine umgebende, bevorzugt ringförmige, Sensorfläche aufweisen, mit der Fingerpositionen und ggf. Fingerbewegungen eines Bedieners nach Richtung und Abstand vom Zentrum aufgenommen und zur Steuerung von Fahrtrichtung und Geschwindigkeit des abgekuppelten Anhängers ausgewertet werden können. Diese Ausgestaltung der App und des Rangiersystems haben eigenständige erfinderische Bedeutung und können auch ohne die Ermittlungstechnik für die Anhängermasse genutzt werden.
Das mit dem Ermittlungsmodul auszurüstende oder ausgerüstete Rangierantriebssystem kann in unterschiedlicher Weise ausgebildet sein. Das Rangierantriebssystem dient zum Rangieren des abgekuppelten Anhängers, z.B. beim Parken und beim Ankuppeln an ein Zugfahrzeug. Beim Rangieren können durch individuelles Antreiben der Anhängerräder beliebige Richtungen und Kurven mit wählbaren Radien gefahren werden sowie auf der Stelle gedreht werden. Das Rangierantriebssystem kann zusätzliche Funktionen haben, z.B. zur beschleunigenden und bremsenden Fahrtunterstützung sowie zur Fahrstabilisierung im Gespannbetrieb.
Das Rangierantriebssystem kann eine oder mehrere Antriebseinheiten aufweisen, welche die beidseitigen Anhängerräder individuell und steuerbar antreiben. Die Antriebseinheiten weisen ein Antriebsmittel und ein mit dem zugeordneten Anhängerrad verbindbares oder verbundenes Treibmittel auf. Das Antriebsmittel und das Treibmittel können einen Antriebsstrang bilden. Besonders günstig ist eine Ausbildung des Antriebsmittels als Elektromotor, z.B. als Gleichstrommotor, insbesondere bürstenbehafteter oder bürstenloser, ggf. fremderregter, Gleichstrommotor, als Wechselstrommotor, insbesondere Asynchron- oder Synchronmotor, oder dgl.. Alternative Motorausbildungen z.B. als hydraulischer Motor etc. sind möglich.
Für die Ausbildung der Antriebseinheiten und ihrer Antriebsmittel und Treibmittel gibt es unterschiedliche Möglichkeiten.
In einer Variante kann die Antriebseinheit als Mover mit einer rotierend angetriebenen und an ein Anhängerrad bevorzugt umfangsseitg zustellbaren Treibrolle sowie ggf. mit einem Getriebe ausgebildet sein. Ein solcher Mover kann z.B. an einem Längsträger des Anhängers in der Nähe zum beaufschlagten Anhängerrad montiert sein. Eine direkte Montage am aufrechten Längssteg eines solchen Längsträgers ist besonders vorteilhaft. Der bevorzugt eingesetzte Elektromotor kann z.B. als elektrischer Gleichstrommotor, insbesondere als ggf. fremderregter elektrischer Gleichstrommotor, ausgebildet sein. Die in den Ansprüchen angegebenen Berechnungsformeln für die Ermittlung der Zuladungsmasse (Δm) sind besonders für einen solchen Mover einsetzbar.
In einer anderen Variante kann die Antriebseinheit als integrierter Rangierantrieb ausgebildet sein, bei dem das Antriebsmittel in oder an einem Achskörper einer Achsanordnung des Anhängers montiert werden kann. Auch hierfür ist eine Ausbildung des Elektromotors als besagter Gleichstrommotor von Vorteil.
In einer anderen Ausführung kann die Antriebseinheit als Radnabenmotor ausgestaltet sein. Der bevorzugt eingesetzte Elektromotor kann ein Gleichstrommotor oder ein anderer Elektromotor oder sonstiger Motor sein. Ein Radnabenmotor ermöglicht außerdem andere Einsatzbereiche des Rangierantriebssystems. Es kann z.B. zur Fahrunterstützung im Gespannbetrieb eingesetzt werden, wobei es zur Entlastung des Zugfahrzeugs den Anhänger bedarfsweise aktiv antreibt oder ggf. rekuperativ bremst. Die bevorzugt mehreren und elektrischen Radnabenmotoren können für den erweiterten Einsatzbereich entsprechend angepasst und z.B. als Wechselstrommotoren ausgebildet sein.
In einer weiteren Variante kann die Antriebseinheit als ggfs. rekuperationsfähige elektrische Achse ausgebildet sein, welche eine oder mehrere Elektromotoren, insbesondere Wechselstrommotoren, mit Treibwelle zum direkten Antrieb der Anhängerräder aufweisen. In der Ausführung als Radnabenmotoren oder elektrische Achse können die Elektromotoren in einen Generatorbetrieb zum generatorischen und ggf. rekuperativen Bremsen umgeschaltet werden. Alternativ kann ein separater Generator zugeschaltet werden.
Die Anordnung einer steuerbaren Bremseinrichtung an der jeweiligen Antriebseinheit hat verschiedene Vorteile. Einerseits kann beim Ermittlungsprozess die Fahrbewegung bzw. die Antriebsbewegung gezielt gestoppt werden. Andererseits bildet die steuerbare Bremseinrichtung eine Sicherung gegen unbeabsichtigtes Wegrollen des Anhängers. Die steuerbare Bremseinrichtung kann als elektrische Motorbremse, als steuerbare mechanische Bremse oder in anderer geeigneter Weise ausgebildet sein.
In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.
Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielhaft und schematisch dargestellt. Im Einzelnen zeigen:

1: Einen Anhänger mit einem Rangierantriebssystem und einem Ermittlungsmodul für die Anhängermasse in einer schematischen Darstellung und einer Seitenansicht,
2: eine Draufsicht auf die Anordnung von 1,
3: einen Anhänger mit einem Rangiersystem und einem Mover als Antriebseinheit in einer Seitenansicht,
4: eine Draufsicht auf den Anhänger von 3,
5: einen Anhänger mit einer Variante des Rangierantriebssystems und einem integrierten Rangierantrieb in einer Draufsicht,
6: eine perspektivische Ansicht des integrierten Rangierantriebs,
7: einen Anhänger mit einem Rangierantriebssystem und einer elektrischen Achse in Draufsicht,
8: eine Fernbedienung des Rangiersystems mit einem Ermittlungsmodul und
9: ein Diagramm für den Verlauf von Motorstrom und Motordrehzahl über der Zeit beim Ermittlungsprozess.

Die Erfindung betrifft ein Ermittlungsmodul (1) und ein Ermittlungsverfahren zur Ermittlung der Masse einer Zuladung (Δm) eines abgekuppelten Anhängers (3) mit einem Rangiersystem (2). Die Erfindung betrifft ferner das Rangiersystem (2) mit einem Ermittlungsmodul (1) sowie einen Anhänger (3) mit einem Rangierantriebssystem (2) und mit einem Ermittlungsmodul (1).
1 und 2 zeigen einen abgekuppelten und abgestellten Anhänger (3) mit einem Rangiersystem (2) und mit einem Ermittlungsmodul (1) zur Ermittlung der Masse der Zuladung (Δm) des abgekuppelten und abgestellten Anhängers (3).
Der Anhänger (3) weist ein Chassis (4) mit einer Anhängerlängsachse (41) und mit einer frontseitigen und bevorzugt starren Deichsel (5) auf. Am vorderen Ende der Deichsel (5) ist eine Anhängerkupplung (6) zum Ankuppeln an ein Zugfahrzeug vorhanden. Die Anhängerkupplung (6) ist bevorzugt als Kugelkopfkupplung ausgebildet. Am Chassis (4) ist eine Achsanordnung (9) mit beidseitig am Anhänger (3) angeordneten Anhängerädern (12,13) angeordnet. Die Achsanordnung (9) kann eine oder mehrere Achsen umfassen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel weist sie eine einzelne Achse auf. Die jeweilige Achse kann z.B. als Radlenkerachse ausgebildet sein. Sie kann einen quer zum Chassis (4) erstreckten Achskörper (10) mit endseitigen Radlenkern (11) und dort gelagerten linken und rechten Anhängerädern (12,13) aufweisen. Alternativ sind andere Achsausbildungen möglich.
Der Anhänger (3) weist einen Aufbau (8) auf, der auf dem Chassis (4) angeordnet ist und in beliebiger Weise ausgebildet sein kann. Der Anhänger (3) kann ferner eine Energieversorgung (36) umfassen, z.B. eine wiederaufladbare elektrische Batterie. Am Anhänger (3), z.B. an der Deichsel (5) oder an anderer geeigneter Stelle, kann ein gleit- oder rollfähiges Stützmittel (7) angeordnet sein. Dieses ist z.B. als Stützrad gestaltet.
Das Rangiersystem (2) umfasst bevorzugt mehrere, z.B. zwei, Antriebseinheiten (14,14'), die jeweils ein zugeordnetes Anhängerad (12,13) individuell antreiben. Die Antriebseinheiten (14,14') bestehen jeweils aus einem Antriebsmittel (15) und einem hiervon beaufschlagten Treibmittel (16), welches das jeweils zugeordnete Anhängerad (12,13) antreibt. Das Antriebsmittel (15) und das zugeordnete Treibmittel (16) bilden einen Antriebsstrang (17).
Für die Ausgestaltung der Antriebseinheiten (14,14') gibt es verschiedene nachfolgend beschriebene Ausführungsbeispiele. Die Zahl der Antriebseinheiten (14,14`) kann variieren. Sie kann auch von der Zahl der Achsen abhängen. Wenn die Achsanordnung (12) in einer nicht dargestellten Variante zwei oder mehr Achsen aufweist und z.B. als Tandemachse oder Tripelachse ausgebildet ist, können mehr als zwei Antriebseinheiten (14,14'), z.B. vier Antriebseinheiten (14,14') beidseitig am Anhänger (3) vorgesehen sein.
In der schematisch dargestellten Ausführung von 1 und 2 sind z.B. die zwei Antriebseinheiten (14,14') als Mover ausgestaltet. Das Antriebsmittel (15) ist als bevorzugt elektrischer Antriebsmotor, insbesondere Gleichstrommotor, z.B. fremderregter elektrischer Gleichstrommotor, ausgebildet und wird von der Energieversorgung (36) gespeist. Das Treibmittel (16) weist eine vom Antriebsmotor rotierend angetriebene Treibrolle auf, die mittels einer nicht dargestellten Zustelleinrichtung umfangsseitig an das zugeordnete Anhängerad (12,13) zugestellt und unter Anpressdruck in treibenden Kontakt gebracht werden kann. Der Angriff erfolgt z.B. an der Lauffläche des betreffenden Anhängerads (12,13). In einer anderen und nicht dargestellten Ausführungsform kann die Treibrolle als Zahnrad ausgebildet sein und kann mit einem am Fahrzeugrad (12,13) angeordneten Gegen-Zahnrad umfangsseitig in Eingriff gebracht werden. Das Treibmittel (16) kann ferner ein Getriebe umfassen.
Die Antriebseinheiten (14,14') weisen jeweils eine steuerbare Bremseinrichtung (22) auf. Dies kann z.B. eine elektrische Motorbremse und/oder eine steuerbare mechanische Bremse, z.B. eine Reibbremse oder eine Magnetbremse, sein.
Das Rangierantriebssystem (2), z.B. die jeweilige Antriebseinheit (14,14'), weist einen Messwertgeber (18) für das Antriebsmoment der Antriebseinheit (14,14') auf. Der Messwertgeber (18) kann das Antriebsmoment direkt erfassen und kann z.B. als Drehmomentengeber ausgebildet sein. In einer anderen Ausführungsform kann der Messwertgeber (18) ein Äquivalent zum Antriebsmoment aufnehmen. Er kann hierfür ein Geberteil (18`) aufweisen, das den elektrischen Motorstrom (I) eines elektromotorischen Antriebsmittels (15) misst. Zusätzlich kann ein Geberteil (18") zur Erfassung der Motorspannung (U) vorhanden sein. Das Antriebsmoment (M) kann daraus berechnet werden. Das Antriebsmoment (M) kann alternativ aus dem Motorstrom (I) und einer bekannten Drehmomentenkennlinie ermittelt werden.
Das Rangierantriebssystem (2), z.B. die Antriebseinheit (14,14'), weist ferner einen Messwertgeber (19) für die Beschleunigung des Fahrzeugs (3) und/oder des Hilfsantriebs (14,14') auf. Der Messwertgeber (19) kann z.B. als Beschleunigungssensor ausgebildet sein. Der Messwertgeber (19) kann andererseits die Drehzahl (n) oder die Geschwindigkeit (v) der Antriebseinheit (14,14`), insbesondere des Antriebsmittels (15), über der Zeit (t) erfassen und dies als Äquivalent zur Beschleunigung ausgeben. Die Drehzahl (n) kann auch in der nachfolgend erläuterten Weise i.V.m. dem Motorstrom (I) und der Motorspannung (U) zur Berechnung eines elektrischen Antriebsmoments (M) benutzt werden.
9 zeigt beispielhaft ein Diagramm zum Verlauf von Motorstrom (I) und Drehzahl (n) über der Zeit (t). Der Motorstromverlauf ist mit durchgezogener Linie und der Drehzahlverlauf strichpunktiert dargestellt. Ferner sind die Erfassungsbereiche markiert.
Das Rangierantriebssystem (2) kann eine Steuereinheit (24) zur Steuerung der Antriebseinheit(en) (14,14`) aufweisen. Dies kann eine separate und zentrale Steuereinheit (24) sein, die mit Motorsteuerungen der Antriebseinheiten (14,14') in Verbindung steht. Alternativ kann eine der Motorsteuerungen als Master und als Steuereinheit (24) ausgebildet sein.
Das Rangierantriebssystem (2) umfasst ferner eine mobile und bevorzugt tragbare Fernbedienung (25). Diese weist Bedienmittel (33) zur Bedienung und Steuerung des Rangierantriebssystems (2) und ggf. eine Anzeige (32) auf. Die Bedienmittel (33) können z.B. als Joystick und Tasten ausgebildet sein. Der Joystick kann zum Lenken des Anhängers (3) eingesetzt werden. Die Fernbedienung (25) kommuniziert z.B. drahtlos und bidirektional mit der Steuereinheit (24). 1 zeigt eine solche Fernbedienung (25). Diese ist z.B. als dediziertes Gerät ausgebildet, welches speziell für das Rangiersystem (2) vorgesehen und ausgebildet ist.
Das Rangierantriebssystem (2) ist mit einem Ermittlungsmodul (1) signaltechnisch und steuertechnisch über eine Steuer- und Signalverbindung (30) verbindbar oder verbunden. Das Ermittlungsmodul (1) kann Daten der Messwertgeber (18,19) empfangen und kann das Rangiersystem (2) und dessen Antriebseinheiten (14,14') steuern. Das Ermittlungsmodul (1) kann für die Massenermittlung der Zuladung (Δm) Berechnungsvorgänge durchführen. Es kann ggfs. auch die Messdaten und andere Daten speichern. Das Ermittlungsmodul (1) kann den Ermittlungsprozess sowie die Steuer- und Berechnungsvorgänge eigenständig, automatisch und programmgesteuert durchführen. Das Ermittlungsmodul (1) und der Ermittlungsprozess können von einem Bediener durch einen Auslöser (34) an geeigneter Stelle, z.B. an der Fernbedienung (25), gestartet werden.
Das Ermittlungsmodul (1) kann als Hardwaremodul und/oder als Softwaremodul ausgebildet sein.
1 und 2 zeigen eine Ausführung als Hardware- und Softwaremodul. Das Ermittlungsmodul (1) weist als Hardwaremodul eine Steuereinrichtung (23) auf. Diese kann eigenständig am Anhänger (3) angeordnet werden oder angeordnet sein oder kann wie in 1 an der Steuereinheit (24) angeordnet sein. Das Softwaremodul ist z.B. in Form eines Computerprogrammprodukts im Hardwaremodul implementiert und ablauffähig gespeichert. Das Computerprogrammprodukt kann Kommunikations-, Steuer- und Berechnungsprogramme enthalten.
In einer anderen Ausführung kann das Ermittlungsmodul (1) nur als Softwaremodul, z.B. als besagtes Computerprogrammprodukt, ausgebildet und in eine bereits vorhandene Hardware, z.B. in die Steuereinheit (24), implementiert werden. Ein eigenes Hardwaremodul ist dann entbehrlich.
Die in 1 gezeigte Steuereinrichtung (23) des Ermittlungsmoduls (1) umfasst eine Recheneinheit (26) und Speicher (27,28,29) für Programme und für Daten, z.B. die aufgenommenen Messwerte der Messwertgeber (18,19), für Zwischenwerte bei der Berechnung und Auswertung und für eventuelle Vorgabewerte. Solche Vorgabewerte können z.B. den dynamischen Radius (rdyn) der Anhängerräder (12,13) betreffen. Sie können auch die Übersetzung des Antriebsstrangs (17) einer jeweiligen Antriebseinheit (14,14') und den Wirkungsgrad einer jeweiligen Antriebseinheit (14,14') betreffen.
Die Recheneinheit (26) kann Rechenoperationen zur Verarbeitung und Auswertung der Messwerte und anderer Daten und zur Berechnung der Zuladungsmasse (Δm) des Anhängers (3) ausführen. Das besagte Computerprogrammprodukt des Ermittlungsmoduls (1) ist in die Steuereinrichtung (23) implementiert und ist z.B. im Programmspeicher (27) gespeichert. Die Recheneinheit (26) ist mit den Speicher (27,28,29) sowie mit I/O-Schnittstellen und mit der Steuer- und Signalverbindung (30) gekoppelt.
Die Steuereinrichtung (23) kann ein Kommunikationsmittel (31) für den Datenaustausch aufweisen. Die Kommunikation kann leitungsgebunden oder drahtlos erfolgen. Das Kommunikationsmittel (31) kann auch an der Steuereinheit (24) angeordnet sein. Bei der in 1 und 2 gezeigten Anordnung des Ermittlungsmoduls (1) an der anhängerfesten Steuereinheit (24) kann die Kommunikation leitungsgebunden, z.B. durch ein Bussystem, erfolgen.
Die Fernbedienung (25), insbesondere die Anzeige (32) und der Auslöser (34), sind mit dem Ermittlungsmodul (1) in geeigneter Weise verbunden, z.B. drahtlos per Funk, Infrarot oder auf andere Weise. Mit dem Auslöser (34) kann ein Bediener das Ermittlungsmodul (1) und dessen Ermittlungsprozess starten. An der Anzeige (32) kann das Ermittlungsmodul (1) den ermittelten Wert der Zuladung (Δm) des Anhängers (3) und/oder eventuell andere Informationen anzeigen.
Das Ermittlungsmodul (1) steuert bei dem bevorzugt automatisch ausgeführten Ermittlungsprozess das Rangiersystem (2) derart, dass das Rangiersystem (2) mit den Antriebseinheiten (14,14') den abgekuppelten Anhänger (3) antreibt und mit einer Fahrbewegung über eine gerade Fahrstrecke (x,x`) auf einem bevorzugt ebenen und horizontalen Untergrund (40) bewegt. Hierbei werden die Messwerte der Messwertgeber (18,19) aufgenommen und verarbeitet.
Das Ermittlungsmodul (1) ist dazu ausgebildet, bei dem Ermittlungsprozess eine Steuer- und Signalverbindung (29) mit dem Rangierantriebssystem (2) zu bilden und das Rangierantriebssystem (2) derart zu steuern, dass das dieses nacheinander Messfahrten des abgekuppelten Anhängers (3) im Leerzustand (L) und im beladenen Zustand (B) mit einer Zuladung (Δm) bewirkt. Diese Messfahrten werden mit einem jeweils gleichen vorgegebenen Fahrmodus durchgeführt, wobei das Ermittlungsmodul (1) die Messwerte der Messwertgeber (18,19) während der Messfahrten aufnimmt und daraus die Größe der Masse der Zuladung (Δm) des abgekuppelten Anhängers (3) ermittelt.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden bei den Messfahrten die Fahrbewegungen jeweils aus dem Stillstand ausgeführt. Der vorgegebene Fahrmodus beinhaltet bei den Messfahrten jeweils eine anfängliche Beschleunigungsfahrt aus dem Stillstand mit vorgegebener Beschleunigung und eine anschließende Konstantfahrt mit vorgegebener konstanter Geschwindigkeit. Dies kann z.B. die maximale Geschwindigkeit der Antriebseinheit(en) (14,14') sein. Dabei beschleunigen die Antriebseinheit(en) (14,14') mit bevorzugt konstanter und entsprechend geregelter Beschleunigung und gehen am Ende der Beschleunigungsphase in die Konstantfahrt über, die dann durch ein Abbremsen zum Stillstand beendet wird. Die Beschleunigungsfahrt dauert bei den Messfahrten jeweils z.B. bis zum Erreichen der vorgegebenen Geschwindigkeit für die Konstantfahrt.
Während der Messfahrten können die Fahrgeschwindigkeiten bzw. die Drehzahlen der linken und rechten Antriebseinheit(en) (14,14') auf gleiche Höhe geregelt und synchronisiert werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden bei den Messfahrten gleichgerichtete, bevorzugt gerade Fahrbewegungen über eine Fahrstrecke (x,x`) in Vorwärtsrichtung (V) nacheinander ausgeführt. 1 und 2 zeigen diese Fahrbewegungen und die Fahrzeugstellung am Ende des Fahrtwegs (x,x`) mit durchgezogenen und gestrichelten sowie strichpunktierten Linien.
Beispielsweise wird zuerst eine Messfahrt des abgekuppelten Anhängers (3) im Leerzustand (L) über die Fahrtstrecke (x) durchgeführt und anschließend der Anhänger (3) mit der Zuladung (Δm) beladen. Danach wird die Messfahrt im Beladezustand (B) über die Fahrtstrecke (x`) durchgeführt. Zwischen den Messfahrten bleibt das Rangiersystem (2) im Eingriff mit den Fahrzeugrädern (12, 13).
Die Fahrbewegungen sind gleichgerichtet und schließen aneinander an. Die Fahrstrecken (x,x`) haben bevorzugt die gleiche Länge von z.B. circa 30cm. Die Fahrbewegungen und die Fahrstrecken (x,x`) sind gerade und erstrecken sich entlang der Längsachse (41) des Anhängers (3). Die Fahrbewegungen werden jeweils aus dem Stillstand des Anhängers (3) ausgeführt. Mit der steuerbaren Bremseinrichtung (22) kann der Anhänger (3) am Ende der jeweiligen Fahrbewegung gestoppt werden.
Die Fahrbewegungen und Messfahrten im Leerzustand (L) und im beladenen Zustand (B) werden z.B. jeweils als Einzelfahrt durchgeführt. Alternativ können jeweils Mehrfachfahrten durchgeführt werden. In weiterer Abwandlung kann die Fahrtrichtung rückwärts sein, wobei die Fahrbewegungen und Messfahrten bevorzugt wieder gleichgerichtet sind.
Während der Fahrbewegungen und Messfahrten im Leerzustand (L) und im beladenen Zustand (B) nimmt das Ermittlungsmodul (1) die Daten der Messwertgeber (18,19) auf und speichert diese in einem Datenspeicher (28). Das Antriebsmoment und die Drehzahl und/oder die Beschleunigung bzw. deren Äquivalente werden während der Beschleunigungsfahrt und während der Konstantfahrt der Antriebseinheiten (14,14') aufgenommen und verarbeitet.
Bei den unterschiedlichen Ladezuständen ergeben sich unterschiedliche Fahrantriebskräfte.
Aus den gespeicherten Massewerten kann dann vom Ermittlungsmodul (1) die Masse der Zuladung (Δm) berechnet werden. Wenn bei den Messfahrten im Leerzustand (L) und Beladezustand (B) jeweils mehrere Fahrten durchgeführt werden, kann aus den jeweils ermittelten Einzelwerten ein Mittelwert gebildet und für die Berechnung der Masse der Zuladung (Δm) herangezogen werden.
Das Ermittlungsmodul (1) kann z.B. die Masse der Zuladung (Δm) des abgekuppelten Anhängers (3) auf Basis folgender generischer Formel berechnen $Δ m = (\frac{\frac{F a b - F k l - \frac{a b \cdot (F a l - F k l)}{a l}}{a l \cdot F k l}}{(F a l - F k l)} + a b)$
Dabei sind:

Fal: die Antriebskraft bei Beschleunigungsfahrt im Leerzustand (L),
Fab: die Antriebskraft bei Beschleunigungsfahrt im Beladezustand (B),
Fkl: die Antriebskraft bei Konstantfahrt im Leerzustand (L),
al: die Antriebsbeschleunigung im Leerzustand (L) und
ab: die Antriebsbeschleunigung im Beladezustand (B).

Die Formel leitet sich aus folgenden Überlegungen ab.
Bei einer Antriebseinheit mit einem z.B. fremderregten Gleichstrommotor gilt: $P e = U \cdot I elektrische Leistung$
$P v = R \cdot I^{2} elektr . Verlustleistung$
Damit ergibt sich die abgegebene mechanische Leistung: $P m e c h = P e - P v = U \cdot I - R \cdot I^{2} = (\frac{π}{30}) \cdot n \cdot M$
mit M Antriebsmoment und n Drehzahl
Damit erhält man das Antriebsmoment (M) aus den elektrischen Kenngrößen $M = \frac{U \cdot I - R \cdot I^{2}}{π \cdot n} \cdot 30$
Beim Rangieren eines Anhängers (3) auf der horizontalen und ebenen Fläche gilt für die Antriebseinheiten die Grundgleichung $F a n t r i e b = m \cdot g \cdot ƒ r + F l u f t + F s t e i g u n g + m \cdot \ddot{x}$
Hierbei sind
m·g·fr der Rollwiderstand,
Fluft der beim Rangieren vernachlässigbare Luftwiderstand Fsteigung der entfallende Steigungswiderstand und m·ẍ der Beschleunigungswiderstand
Für das Rangieren auf der horizontalen Ebene gilt $F a n t r i e b = m \cdot (g \cdot ƒ r + \ddot{x})$
Für die Antriebskraft Fal des leeren Anhängers (3) in Beschleunigungsfahrt gilt: $F a l = \frac{M a l}{r d y n} = (\frac{U \cdot I a l - R \cdot I^{2} a l}{π \cdot n \cdot r d y n}) \cdot 30$
und mit (6) $F a l = m \cdot (g \cdot ƒ r + a l)$
Hierbei sind

rdyn: der Radrollradius
al: die Beschleunigung in Leerfahrt
Ial: der aufgenommene Motorstrom in Leerfahrt
fr: Rollwiderstandsbeiwert.

Für den beladenen Anhänger (3) und die Antriebskraft Fab gilt analog $F a b = \frac{M a b}{r d y n} = (\frac{U \cdot I a b - R \cdot I^{2} a b}{π \cdot n \cdot r d y n}) \cdot 30$
Mit Iab = der aufgenommene Motorstrom in Beladefahrt
Ferner gilt $F a b = (\frac{U \cdot I a b - R \cdot I^{2} a b}{π \cdot n \cdot r d y n}) \cdot 30 = (m + Δ m) \cdot (g \cdot ƒ r + a b)$
mit ab = Beschleunigung in Beladefahrt
Für die Konstantfahrt im Leerzustand (L) und die Antriebskraft Fkl gilt mit (6) $F k l = (\frac{U \cdot I k l - R \cdot I^{2} k l}{π \cdot n \cdot r d y n}) \cdot 30 = m \cdot g \cdot ƒ r$
und für die Antriebskraft Fkb bei Konstantfahrt im Leerzustand (L) $F k b = (\frac{U \cdot I k b - R \cdot I^{2} k b}{π \cdot n \cdot r d y n}) \cdot 30 = (m + Δ m) \cdot g \cdot ƒ r$
Aus der Formel (8) ergibt sich $m = (\frac{F a l}{g \cdot ƒ r + a l})$
und weiter mit (10) $\frac{F K l}{g \cdot f r} = m = \frac{F a l}{g \cdot f r + a l}$
Sowie $F k l \cdot (g \cdot ƒ r + a l) = F a l \cdot g \cdot ƒ r$
Es folgt $g \cdot ƒ r \cdot F a l - g \cdot ƒ r \cdot F k l = a l \cdot F k l$
Und somit $g \cdot ƒ r = \frac{a l \cdot F k l}{F a l - F k l}$
Eingesetzt in Formel (10) ergibt sich $m = \frac{F k l}{g \cdot ƒ r} = \frac{F k l \cdot (F a l - F k l)}{a l \cdot F k l} = \frac{F a l - F k l}{a l}$
Aus Formel (9) erhält man $F a b = m \cdot (g \cdot ƒ r + a b) + Δ m (g \cdot ƒ r + a b)$
Mit (17) weiter $F a b = (\frac{F a l - F k l}{a l}) \cdot (g \cdot ƒ r + a b) + Δ m \cdot (g \cdot ƒ r + a b)$
und mit (16) $F a b = (\frac{F a l - F k l}{a l}) \cdot (\frac{a l \cdot F k l}{F a l - F k l} + a b) + Δ m \cdot (\frac{a l \cdot F k l}{F a l - F k l} + a b)$
Ferner $F a b = F k l + a b (\frac{F a l - F k l}{a l}) + Δ m \cdot (\frac{a l \cdot F k l}{F a l - F k l}) + Δ m \cdot a b$
Die Auflösung nach Δm ergibt dann die o.g. generische Formel $Δ m = (\frac{\frac{F a b - F k l - \frac{a b \cdot (F a l - F k l)}{a l}}{a l \cdot F k l}}{(F a l - F k l)} + a b)$
Die Antriebskräfte (Fal), (Fab) bei Beschleunigungsfahrt und (Fkl) bei Konstantfahrt können mit (7) und (10) aus den bei den Messfahrten von den Messgebern (18,19) aufgenommenen Messwerten für den Motorstrom (I) und der Drehzahl (n) sowie dem bekannten elektrischen Widerstand (R) berechnet werden.
Die Zuladung (Δm) ist direkt aus den Antriebskräften und Beschleunigungen der Messfahrten berechenbar. Die Masse m des Anhängers (3) und der Rollwiderstandsbeiwert fr tauchen in der generische Gleichung nicht mehr auf. Sie haben auf das Ergebnis keinen Einfluss und müssen nicht bekannt sein.
Bei dem vorstehenden Berechnungsbeispiel werden die drehenden Massen und der Temperatureinfluss vernachlässigt. Alternativ können Korrekturwerte, insbesondere für den Temperatureinfluss, aufgenommen werden.
Die Beschleunigung bzw. der Anstieg der Drehzahl (n) über der Zeit ist üblicherweise im Wesentlichen linear. Bei einer Momentenerfassung über den elektrischen Motorstrom (I) kann z.B. der Elektromotor mit einer konstanten Beschleunigung betrieben werden.
Die Antriebseinheit (14,14') wird z.B. aus dem Stillstand maximal beschleunigt bis zum Erreichen der maximalen Drehzahl (n) und dreht dann konstant mit maximaler Drehzahl (n) in einer an die Beschleunigungsphase anschließenden Konstantfahrt weiter. Der Motorstrom (I) steigt bis zu einem Maximum am Ende der Beschleunigungsphase an und fällt beim Übergang in die Konstantfahrt ab. Die Antriebseinheit (14,14') und der Anhänger (3) werden dann durch die steuerbare Bremseinrichtung (22) wieder zum Stillstand abgebremst.
Der ermittelte Wert der Zuladungsmasse (Δm) kann vom Ermittlungsmodul (1) an einer Anzeige (32) optisch und/oder akustisch oder in anderer Weise dem Bediener angezeigt werden, z.B. an der Fernbedienung (25) oder an anderer Stelle, z.B. am Armaturenbrett im Zugfahrzeug.
Aus der ermittelten Masse der Zuladung (Δm) des Anhängers (3) kann auch ein anderer Parameter abgeleitet und angezeigt und/oder signalisiert werden. Der besagte ermittelte Wert der Zuladung (Δm) kann z.B. auf Basis eines vorbekannten Ausgangsgewichts, z.B. Leergewicht oder Teilladegewicht, des Anhängers in Relation zu einer Vorgabe, z.B. einem zulässigen Gesamtgewicht, gebracht und ggf. mit der Relation und evtl. einer Warnung angezeigt werden. Aus dem ermittelten Wert der Zuladung (Δm) kann auch ein erforderlicher Reifendruck der Anhängerräder (12,13) abgeleitet und mit dem tatsächlichen Reifendruck verglichen werden, der z.B. von Druckmessventilen übermittelt wird. Aus dem Vergleich kann bedarfsweise eine Warnung für den Bediener oder auch der erforderliche Reifendruck angezeigt werden. Die Ableitung und der Vergleich können vom Ermittlungsmodul (1) vorgenommen werden, das ggf. auch ein Warnsignal veranlasst.
Der ermittelte Wert der Zuladung (Δm) kann ferner an einen Empfänger signalisiert werden, der die Daten für eigene Zwecke verarbeitet. Dies kann z.B. eine ESP-Steuerung des Zugfahrzeugs, eine dynamische und lastabhängige Betriebsbremse des Anhängers (3) oder eine nachfolgend erläuterte Schlingerbremse (37) des Anhängers (3) oder dgl. sein.
3 zeigt eine Variante in der Ausbildung und Anordnung des Ermittlungsmoduls (1). Das Ermittlungsmodul (1) ist hierbei in oder an der Fernbedienung (25) angeordnet und steht über eine Steuer- und Signalverbindung (30) mit einer Steuereinheit (24) des Anhängers in Verbindung. Kommunikationsmittel (31) an der Steuereinheit (24) und an der Fernbedienung (25) können dabei z.B. eine drahtlose Kommunikationsverbindung aufbauen. Das Ermittlungsmodul kann bei 3 ebenfalls als Hardwaremodul und/oder Softwaremodul ausgebildet sein. Das Hardwaremodul kann z.B. von der Steuereinrichtung (23) gebildet und in der Fernbedienung (25) angeordnet werden. Das Softwaremodul ist als Computerprogrammprodukt ausgebildet und in der Steuereinrichtung (23) gespeichert.
In einer anderen und nicht dargestellten Variante kann z.B. die Steuereinheit (24) in der Fernbedienung (25) angeordnet sein, wobei die Antriebseinheiten (14,14') mit Motorsteuerungen ausgerüstet sind und mit der Steuereinheit (24) in geeigneter Weise, z.B. drahtlos, kommunizieren. Das Ermittlungsmodul (1) kann in einem solchen Fall als Softwaremodul und als Computerprogrammprodukt ausgebildet und in der Steuereinheit (24) der Fernbedienung (25) gespeichert sein. Durch die Hardwarekomponenten der Steuereinheit (24) ist ein Hardwaremodul entbehrlich. Alternativ kann ein Hardwaremodul zusätzlich zur Steuereinheit (24) in der Fernbedienung (25) angeordnet sein.
8 zeigt eine weitere Variante der Fernbedienung (25) und des Ermittlungsmoduls (1). Die Fernbedienung (25) ist in diesem Fall als universeller tragbarer Computer, z.B. als Smartphone, Tablet oder dgl., ausgebildet und weist einen Monitor (45) auf. Der Monitor (45) ist z.B. als Touchscreen ausgebildet.
Das Ermittlungsmodul (1) ist z.B. in der Fernbedienung (25) bzw. im tragbaren Computer angeordnet und nutzt dessen Hardware. Das Ermittlungsmodul (1) ist in diesem Fall als Softwarekomponente bzw. als besagtes Computerprogrammprodukt, ausgebildet und beinhaltet die erwähnten Kommunikations-, Steuer- und Berechnungsprogramme. Das Softwaremodul kann als App ausgebildet sein, die auf den universellen und auch zu anderen Zwecken nutzbaren tragbaren Computer aufgespielt und gespeichert werden kann. Das Ermittlungsmodul (1) bzw. die App kann über eine Steuer- und Signalverbindung (30) mit dem Rangiersystem (2) des Anhängers (3) in geeigneter Weise kommunizieren. Dies kann z.B. drahtlos per Funk, Bluetooth, W-LAN, Infrarot oder auf andere Weise geschehen. Hierbei können bereits vorhandene Kommunikationsmittel des tragbaren Computers genutzt werden. Am Rangierantriebssystem (2) ist ein entsprechendes Kommunikationsmittel (31) angeordnet, z.B. an einer Steuereinheit (24). Dies kann z.B. eine Motorsteuerung sein, die mehrfach und an allen Antriebseinheiten (14,14') angeordnet ist.
Die als tragbarer Computer ausgebildete und mit einem Touchscreen ausgerüstete Fernbedienung (25) mit der App kann weitere vorteilhafte Funktionen mit eigener erfinderischer Bedeutung haben, die auch ohne die Ermittlungstechnik und das Ermittlungsmodul (1) genutzt werden können.
Die App kann auf dem Touchscreen ein oder mehrere Bedienmittel (33) generieren. Bei Einsatz der Massenermittlungstechnik können eine Anzeige (32) und ein Auslöser (34) auf dem Touchscreen generiert werden. Andere Bedienmittel (33) können zur Fernsteuerung des Rangierantriebssystems (2) genutzt werden. Hierbei kann ein Bedienmittel (33) als sensitives Steuerfeld (35) für eine Fernsteuerung der Rangiersystems (2) und der Anhängerbewegungen, insbesondere für die Fahrtrichtung und für die Geschwindigkeit des abgekuppelten Anhängers (3) ausgebildet sein. Über das sensitive Steuerfeld (35) kann der Anhänger (3) bei der Fahrt gelenkt werden.
Das sensitive Steuerfeld (35) weist z.B. ein Zentrum (43) und eine umgebende, bevorzugt konzentrisch ringförmige Sensorfläche (44) auf, mit der Fingerpositionen und ggf. Fingerbewegungen eines Bedieners nach Richtung und Abstand vom Zentrum (43) aufgenommen und zur Steuerung von Fahrtrichtung und Geschwindigkeit des abgekuppelten Anhängers (3) ausgewertet werden können. 8 verdeutlicht schematisch den Finger und die hiervon kontaktierte Druck- und Sensorstelle im Sensorfeld (44).
Über den Winkel (α) gegenüber einem Bezug, z.B. der zentralen Horizontallinie, kann die Fahrtrichtung zum Lenken des Anhängers (3) eingegeben werden. Der Abstand (y) des besagten Druck- und Sensorpunktes vom Zentrum (43) markiert die gewünschte Geschwindigkeit der gelenkten Anhängerbewegung. Je größer der Abstand (y) ist, desto schneller fährt z.B. der vom Rangierantriebssystem (2) angetriebene Anhänger (3). Während der Fahrt können die Anhängerbewegungen vom Bediener optisch erfasst und bedarfsweise durch Veränderung der Fingerposition und des Winkels (α) korrigiert werden.
3 bis 7 zeigen Varianten des Rangierantriebssystems (2) und seiner Antriebseinheiten (14,14').
In 3 und 4 ist eine Ausbildung der Antriebseinheiten (14,14') als Mover mit einem bevorzugt elektromotorischen Antriebsmittel (15) und einem Treibmittel (16) mit einer an das zugeordnete Anhängerrad (12, 13)bevorzugt umfangseitig zustellbaren Treibrolle gezeigt. Die Antriebseinheit (14,14') kann gemäß 3 und 4 wahlweise in Anhängerlängsachse (41) vor oder hinter einem zugeordneten Anhängerrad (12,13) am Chassis (4) montiert werden.
3 und 4 verdeutlichen außerdem eine bevorzugte Ausführungsform der Antriebseinheit (14,14'), die eine am Chassis (4) montierbare und längs gerichtete sowie bedarfsweise verstellbare Konsole aufweist, an der das Antriebsmittel (15) zusammen mit der Treibrolle mittels einer steuerbaren linearen Zustelleinrichtung entlang der Anhängerlängsachse (41) bewegt und zugestellt werden kann.
3 verdeutlicht eine Montagemöglichkeit mit einem unterhalb des Chassis (4) oder durch dessen Längsträger erstreckten Tragbalken. Bei der in 4 und der Draufsicht gezeigten Variante sind die Konsolen der Antriebseinheiten (14,14') jeweils an der Außenseite der aufrechten Mittelstege der Längsträger des Chassis (4) befestigt, ggf. unter Einbau von Abstandselementen. Die Längsträger sind als abgewinkelte und bevorzugt abgekantete Metallprofile mit einem z.B. Z-, L-, C- oder S-förmigen Querschnitt ausgebildet. Zwischen den Längsträgern kann gemäß 4 eine quer gerichtete Stützstrebe angeordnet und mit endseitigen Stütz- und Montageplatten innenseitig an den Mittelstegen befestigt werden. Hierbei können über Schrauben oder dgl. die Konsolen und die Abstandselemente mit den Mittelstegen und mit den Stütz- und Montageplatten verbunden werden.
2 und 4 verdeutlichen außerdem eine Ausbildung einer Achsanordnung (9) mit einer Radlenkerachse. Diese weist einen z.B. hohlen, rohrartigen Achskörper (10) auf, an dessen beidseitigen Enden jeweils ein Radlenker (11) drehbar gelagert und an seinem freien Ende mit jeweils einem der beidseitigen Anhängerräder (12,13) drehbar verbunden ist. Die Radlenkerachse ist z.B. in 2 als Längslenkerachse mit einem geraden Achskörper und in 4 als Schräglenkerachse mit einem pfeilförmigen Achskörper (10) ausgebildet. Die Achsanordnung (9) kann z.B. eine Achsfederung, insbesondere eine Gummifederung oder eine Drehstabfederung aufweisen. Sie kann alternativ oder zusätzlich andere Federmittel, z.B. Luftfedern, Schraubfedern oder dgl. umfassen.
5 und 6 verdeutlichen eine Variante einer Antriebseinheit (14,14'), die als integrierter Rangierantrieb ausgebildet ist. Das bevorzugt elektromotorische Antriebsmittel (15) ist dabei in oder an einem hohlen Achskörper (10) montiert. Wie 5 und 6 verdeutlichen, weist das Treibmittel (16) eine vom Antriebsmittel (15) über eine Welle und ein Getriebe rotierend angetriebene und mit einer Achse des zugeordneten Anhängerads (12,13) gekoppelte Treibwelle auf. Das Getriebe kann sich entlang des Radlenkers (11) vom Achskörper (10) zur Achse des Anhängerrads (12,13) erstrecken. Der vom Antriebsmittel (15) und vom Treibmittel (16) gebildete Antriebstrang (17) kann eine steuerbare Kupplung zum Trennen der Antriebsverbindung für die Gespannfahrt und für höhere Fahrgeschwindigkeiten aufweisen.
Der Messwertgeber (18) für das Moment ist z.B. am Antriebsmittel (15) angeordnet und erfasst den Motorstrom. Der Messwertgeber (19) für die Beschleunigung kann z.B. am Antriebsmittel (15) angeordnet sein und eine Geberteil (20) für die Motordrehzahl und ein Geberteil (21) für die Zeit umfassen.
In einer anderen und nicht dargestellten Ausführungsform können die Antriebseinheiten (14,14') mit einem bevorzugt elektromotorischen Antriebsmittel (15) und einer Treibwelle sowie einem eventuellen Getriebe als Radnabenmotoren ausgebildet sein. Je nach Motorauslegung können die Radnabenmotoren nur für den Rangierbetrieb und für niedrigere Geschwindigkeiten ausgelegt sein und über eine Kupplung zur Trennung der Antriebsverbindung für die Gespannfahrt ausgerüstet sein. In einer anderen Ausführung können die Radnabenmotoren für höhere Fahrgeschwindigkeiten und auch für den Gespannbetrieb ausgelegt und nutzbar sein.
5 zeigt außerdem eine Kombination des Ermittlungsmoduls (1) mit einer Fahrstabilisierungseinrichtung, insbesondere einer Schlingerbremse (37). Die Schlingerbremse (27) dient dazu, bei instabilen Fahrbewegungen, insbesondere Schleuderbewegungen, des Anhängers (3) die Radbremsen an den Anhängerrädern (12,13) eigenständig und unabhängig von einem Auflaufverhalten des Anhängers (3) zu betätigen. Die Schlingerbremse (37) kann dabei eine Auflaufbremse des Anhängers (3) überlagern. 5 zeigt eine mechanische Betriebsbremse und Auflaufbremse mit einem Bremsgestänge, einem Waagbalken und hiervon ausgehenden Bremszügen (38) zu den Radbremsen. Die Schlingerbremse (37) weist einen eigenständig steuerbaren Aktor (39) auf, der die Bremszüge (38) bei den besagten instabilen Fahrbewegungen betätigen und die Radbremsen anziehen kann. Der Aktor (39) kann z.B. ein steuerbarer Elektromotor zum Anziehen und Lösen der Bremszüge (38) sein.
Die Schlingerbremse (37) kann zur Detektion von instabilen Fahrbewegungen einen Beschleunigungssensor aufweisen, der Anhängerbeschleunigungen in Richtung der Anhängerlängsachse (41) messen kann. Der Beschleunigungssensor kann mit dem Ermittlungsmodul (1) verbunden werden und kann den Messwertgeber (19) für die Anhängerbeschleunigung bilden.
Andererseits kann das Ermittlungsmodul (1) den ermittelten Massewert der Zuladung (Δm) und ggf. auch das bekannte Ausgangsgewicht an die Schlingerbremse (37) und deren Steuerung übermitteln. Diese Steuerung kann anhand des Ausgangsgewichts und der Zuladung (Δm) die gesamte aktuelle Anhängermasse ermitteln und den anfänglichen Bremseingriff der Schlingerbremse (37) und die Betätigungskraft der Radbremsen last- und masseabhängig einstellen. Je höher die Anhängermasse ist, desto stärker ist die von der Schlingerbremse (37) aufgebrachte Bremskraft der Radbremsen.
5 verdeutlicht schematisch eine Ausbildung des Ermittlungsmoduls (1) ähnlich wie in 1. Das Ermittlungsmodul (1) kann als Softwaremodul oder als kombiniertes Hardware- und Softwaremodul ausgebildet sein. Es kann z.B. der anhängerfesten Steuereinheit (24) zugeordnet sein. Die Fernbedienung (25) kann einen Auslöser (34) zum Starten des Ermittlungsmoduls (1) und des Ermittlungsprozesses aufweisen.
7 zeigt eine weitere Variante eines Rangierantriebssystems (2), bei der die Antriebseinheiten (14,14') als bevorzugt rekuperationsfähige elektrische Achse ausgebildet sind. Sie weisen jeweils ein elektromotorisches Antriebsmittel (15), z.B. einen Wechselstrommotor, und ein Treibmittel (16) mit einer rotierend angetriebenen und mit einer Achse des zugeordneten Anhängerrads (12,13) gekoppelten Treibwelle sowie ggf. einem Getriebe auf. Die einzeln oder mehrfach vorhandenen Achsen der Achsanordnung (9) sind z.B. als Länglenkerachse(n) ausgebildet.
Die elektromotorischen Antriebsmittel (15) können in einen Generatorbetrieb umgeschaltet werden oder können mit einem Generator gekoppelt werden. Diese Ausbildung erlaubt ein generatorisches Bremsen und eine Umwandlung der Bremsenergie in elektrische Energie, die in einem angeschlossenen Energiespeicher (42), z.B. einem elektrischen Akku, gespeichert werden kann. Die elektrische Achse kann eine Motor- und Batteriesteuerung mit einer Steuereinheit (24) aufweisen, welche die verschiedenen Komponenten steuern und ggf. regeln kann. Das Ermittlungsmodul (1) kann in der vorgenannten Weise der Steuereinheit (24) oder einer nicht dargestellten Fernbedienung (25) zugeordnet sein.
Das Rangierantriebssystem (2) kann z.B. einen Messwertgeber (19) für die Beschleunigung mit einem Geberteil (20) zur Drehzahlerfassung an einem Anhängerrad (12, 13)und mit einem als Zeitglied ausgebildeten Geberteil (21) am Ermittlungsmodul (1), an der Steuereinheit (24) oder an anderer Stelle aufweisen. Es gibt auch die dargestellte Möglichkeit, einen Beschleunigungssensor als Messwertgeber (19) einzusetzen.
Das gezeigte Rangierantriebssystem (2) mit der elektrischen Achse kann auch in einem Fahrbetrieb im Gespann mit einem Zugfahrzeug eingesetzt werden, wobei die elektromotorischen Antriebsmittel (15) bedarfsweise das Zugfahrzeug unterstützen und den Anhänger (3) antreiben, z.B. bei einer Bergfahrt. Die gespeicherte elektrische Energie wird dazu aus dem Energiespeicher (42) zurück in die elektromotorischen Antriebsmittel (15) gespeist. Die elektrische Achse kann elektrische Umrichter aufweisen.
Abwandlungen der gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind in verschiedener Weise möglich. Insbesondere können die verschiedenen Varianten des Ermittlungsmoduls (1), der Messwertgeber (18,19) und des Rangierantriebssystems (2), insbesondere der Antriebseinheiten (14,14'), beliebig miteinander kombiniert werden. Ferner sind andere konstruktive Ausbildungen des Rangierantriebssystems (2) und der Antriebseinheiten (14,14') möglich. In einer Variante ist z.B. ein einzelnes zentrales Antriebsmittel (15) für den Antrieb von beiden beidseitigen Anhängerrädern (12,13) möglich, wobei die Treibmittel (16) zum jeweiligen Anhängerrad (12,13) unterschiedlich steuerbar sind. Hierbei können Getriebe der Treibmittel (16) in unterschiedlicher Weise, z.B. mit unterschiedlichen Übersetzungen, schaltbar sein. Hierdurch lassen sich mit einem zentralen Antriebsmittel (15) die Anhängerräder (12, 13)individuell antreiben. In einer nicht dargestellten Ausführungsvariante wird nur eine einmalige Fahrbewegung des Anhängers (3) mit nur einem vorbeschriebenen Ermittlungsvorgang für die Masse der Zuladung (Δm) ausgeführt.
Bezugszeichenliste

1: Ermittlungsmodul
2: Rangierantriebsystem
3: Anhänger
4: Chassis
5: Deichsel
6: Anhängerkupplung
7: Stützmittel, Stützrad
8: Aufbau
9: Achsanordnung
10: Achskörper
11: Radlenker
12: Anhängerrad
13: Anhängerrad
14: Antriebseinheit
14': Antriebseinheit
15: Antriebsmittel, Antriebsmotor
16: Treibmittel, Getriebe
17: Antriebsstrang
18: Messwertgeber Antriebsmoment
18`: Geberteil Motorstrom
18": Geberteil Motorspannung
19: Messwertgeber Beschleunigung
20: Geberteil Drehzahl, Geschwindigkeit
21: Geberteil Zeit
22: Bremseinrichtung
23: Steuereinrichtung
24: Steuereinheit
25: Bedieneinrichtung, Fernbedienung
25': Smartphone
26: Recheneinheit
27: Speicher, Programmspeicher
28: Speicher, Datenspeicher Messwerte
29: Speicher, Datenspeicher Vorgabewerte
30: Steuer- und Signalverbindung
31: Kommunikationsmittel
32: Anzeige
33: Bedienmittel
34: Auslöser
35: Steuerfeld
36: Energieversorgung
37: Schlingerbremse
38: Bremszug
39: Aktor
40: Untergrund
41: Anhängerlängsachse
42: Energiespeicher
43: Zentrum
44: Sensorfläche, Sensormatrix
45: Monitor, Touchscreen
x: Fahrstrecke leer
x`: Fahrstrecke beladen
Δm: Zuladung des abgekuppelten Anhängers
rdyn: dynamischen Rollradius
n: Drehzahl
M: Antriebsmoment
F: Antriebskraft
t: Zeit
I: Motorstrom
U: Motorspannung
V: Fahrtrichtung vorwärts
R: Fahrtrichtung rückwärts

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 3128299 A1 [0002]
DE 10244789 A1 [0003]
DE 102019216044 A1 [0004]
EP 2455278 A2 [0005]

Claims

Ermittlungsmodul ausgebildet zur Ermittlung der Zuladung (Δm) eines abgekuppelten Anhängers (3), der ein Rangierantriebssystem (2) aufweist, welches mindestens eine Antriebseinheit (14,14') für den drehenden Antrieb von beidseitigen Anhängerrädern (12, 13)und einen Messwertgeber (18) für ein Antriebsmoment, eine Antriebskraft oder ein Äquivalent sowie einen Messwertgeber (19) für eine Antriebsdrehzahl und/oder eine Antriebsbeschleunigung oder ein Äquivalent umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Ermittlungsmodul (1) dazu ausgebildet ist, bei einem Ermittlungsprozess eine Steuer- und Signalverbindung (29) mit dem Rangierantriebssystem (2) zu bilden und das Rangierantriebssystem (2) derart zu steuern, dass das Rangierantriebssystem (2) nacheinander Messfahrten des abgekuppelten Anhängers (3) im Leerzustand (L) und im mit der Zuladung (Δm) beladenen Zustand (B) mit einem jeweils gleichen vorgegebenen Fahrmodus bewirkt, wobei das Ermittlungsmodul (1) die Messwerte der Messwertgeber (18, 19) während der Messfahrten aufnimmt und daraus die Zuladung (Δm) des abgekuppelten Anhängers (3) ermittelt.
Ermittlungsmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ermittlungsmodul (1) dazu ausgebildet ist, das Rangierantriebssystem (2) derart zu steuern, dass es bei den Messfahrten im Leerzustand (L) und im beladenen Zustand (B) den abgekuppelten Anhänger (3) jeweils entlang einer bevorzugt ebenen, insbesondere horizontalen, und bevorzugt geraden Fahrstrecke (x,x`) mit dem vorgegebenen Fahrmodus bewegt.
Ermittlungsmodul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ermittlungsmodul (1) dazu ausgebildet ist, das Rangierantriebssystem (2) derart anzusteuern, dass die Länge der Fahrstrecke (x, x') jeweils 20 cm bis 1m, bevorzugt 30 cm bis 50 cm, beträgt.
Ermittlungsmodul nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ermittlungsmodul (1) dazu ausgebildet ist, das Rangierantriebssystem (2) derart zu steuern, dass es zwischen den Messfahrten im Treibeingriff mit den beidseitigen Anhängerrädern (12, 13)bleibt.
Ermittlungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ermittlungsmodul (1) dazu ausgebildet ist, eine Beibehaltung der äußeren Fahrbedingungen bei den Messfahrten im Leerzustand (L) und im beladenen Zustand (B) zu kontrollieren und bei Abweichungen ein Warnsignal abzugeben.
Ermittlungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgegebene Fahrmodus bei den Messfahrten jeweils eine Beschleunigungsfahrt aus dem Stillstand mit vorgegebener Beschleunigung und eine anschließende Konstantfahrt mit vorgegebener konstanter Geschwindigkeit umfasst.
Ermittlungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweils vorgegebene Beschleunigung und die jeweils vorgegebene Geschwindigkeit bei den Messfahrten im Leerzustand (L) und im beladenen Zustand (B) gleich sind.
Ermittlungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschleunigungsvorgabe eine bestimmte Beschleunigungshöhe und ggf. auch eine bestimmte Beschleunigungsdauer umfasst.
Ermittlungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die bestimmte Beschleunigungshöhe einen bestimmten und bevorzugt konstant gehaltenen Beschleunigungswert beinhaltet.
Ermittlungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ermittlungsmodul (1) dazu ausgebildet ist, das Rangierantriebssystem (2) derart zu steuern, dass die Beschleunigung auf einen konstanten Beschleunigungswert geregelt wird.
Ermittlungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die bestimmte Beschleunigungsdauer auf eine vorgegebene Zeitspanne oder einen vorgegebenen Weg oder auf das Erreichen einer bestimmten Geschwindigkeit, insbesondere der vorgegebenen Höhe der Geschwindigkeit bei Konstantfahrt, gerichtet ist.
Ermittlungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe der vorgegebenen konstanten Geschwindigkeit bei Konstantfahrt die maximale Geschwindigkeit des Rangierantriebssystems (2) oder ein geringerer Wert ist.
Ermittlungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ermittlungsmodul (1) dazu ausgebildet ist, das Rangierantriebssystem (2) derart zu steuern, dass die Fahrtrichtung bei den Messfahrten im Leerzustand (L) und im beladenen Zustand (B) gleich ist.
Ermittlungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Rangierantriebssystem (2) linke und rechte Antriebseinheiten (14,14') für den drehenden Antrieb von linken und rechten Anhängerrädern (12,13) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Ermittlungsmodul (1) dazu ausgebildet ist, das Rangierantriebssystem (2) derart zu steuern, dass die Antriebsgeschwindigkeiten oder Drehzahlen von linken und rechten Antriebseinheiten (14,14') synchronisiert werden.
Ermittlungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ermittlungsmodul (1) dazu ausgebildet ist, die ermittelte Zuladung (Δm) des abgekuppelten Anhängers (3) nach einer generischen Formel $Δ m = (\frac{\frac{F a b - F k l - \frac{a b \cdot (F a l - F k l)}{a l}}{a l \cdot F k l}}{(F a l - F k l)} + a b)$
zu berechnen, wobei Fal die Antriebskraft bei Beschleunigungsfahrt im Leerzustand (L), Fab die Antriebskraft bei Beschleunigungsfahrt im Beladezustand (B), Fkl die Antriebskraft bei Konstantfahrt im Leerzustand (L), al die Antriebsbeschleunigung im Leerzustand (L) und ab die Antriebsbeschleunigung im Beladezustand (B) ist.
Ermittlungsmodul nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Ermittlungsmodul (1) dazu ausgebildet ist, die Antriebskräfte (Fab), (Fal) und (Fkl) aus den aufgenommenen Antriebsmomenten (M) zu ermitteln.
Ermittlungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine Antriebseinheit (14,14') ein Antriebsmittel (15) mit einem elektrischen Gleichstrommotor, insbesondere einem fremderregten elektrischen Gleichstrommotor, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Ermittlungsmodul (1) dazu ausgebildet ist, bei Beschleunigungsfahrt und bei Konstantfahrt der Messfahrten im Leerzustand (L) und im beladenen Zustand (B) jeweils den Messwert für den Motorstrom (I) sowie ggf. die Motorspannung (U) und ggf. die Drehzahl (n) vom Messwertgeber (18,19) aufzunehmen und auf deren Basis das jeweilige Antriebsmoment (M) und die jeweilige Antriebskraft (F) zu ermitteln.
Ermittlungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ermittlungsmodul (1) dazu ausgebildet ist, die ermittelte Zuladung (Δm) des Anhängers (3) anzuzeigen und/oder zu signalisieren.
Ermittlungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ermittlungsmodul (1) dazu ausgebildet ist, den Ermittlungsprozess automatisch und eigenständig auszuführen.
Ermittlungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ermittlungsmodul (1) die Antriebsbeschleunigung A aus dem Äquivalent der Antriebsgeschwindigkeit v über der Zeit t oder der Antriebsdrehzahl d über der Zeit t ermittelt.
Ermittlungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ermittlungsmodul (1) das Antriebsmoment Mn einer Antriebseinheit (14,14') aus dem Äquivalent eines elektrischen Motorstroms der Antriebseinheit (14,14') ermittelt.
Ermittlungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ermittlungsmodul (1) die Zuladung (Δm) unter einer Mittelwertsbildung aus jeweils mehreren Messfahrten im jeweiligen Leerzustand (L) und beladenen Zustand (B) berechnet.
Ermittlungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ermittlungsmodul (1) als Hardwaremodul und/oder als Softwaremodul ausgebildet ist.
Ermittlungsmodul nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Ermittlungsmodul (1) als Hardwaremodul mit einer anhängerfesten oder mobilen Steuereinrichtung (23) mit einem Softwaremodul ausgebildet ist.
Ermittlungsmodul nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Ermittlungsmodul (1) als Softwaremodul für eine anhängerfeste oder mobile Steuereinrichtung (23) ausgebildet ist.
Ermittlungsmodul nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (23) eine Recheneinheit (26), Speicher (27,28,29) für ein Programm und/oder für Daten und/oder für Vorgabewerte sowie I/O-Schnittstellen aufweist.
Ermittlungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ermittlungsmodul (1) in einer mobilen, insbesondere tragbaren, Fernbedienung (25) des Rangiersystems (2) anordenbar oder angeordnet ist.
Ermittlungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fernbedienung (25) als dediziertes Gerät oder als universeller tragbarer Computer, insbesondere Smartphone, Tablet oder dgl., ausgebildet ist.
Ermittlungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fernbedienung (25) Bedienmittel (33) für ein Auslösen des Ermittlungsprozesses aufweist.
Ermittlungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fernbedienung (25) Bedienmittel (33) für eine manuelle Steuerung des Rangiersystems (2), insbesondere für die Fahrtrichtung und die Geschwindigkeit des Anhängers (3), aufweist.
Ermittlungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ermittlungsmodul (1) als App für einen universellen tragbaren Computer, insbesondere ein Smartphone, ein Tablet oder dgl., ausgebildet ist.
Ermittlungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ermittlungsmodul (1) dazu ausgebildet ist, auf einem Monitor (45), insbesondere einem Touchscreen, der Fernbedienung (25) eine Anzeige (32) und/oder ein oder mehrere Bedienmittel (33) zu generieren.
Ermittlungsmodul nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bedienmittel (33) als Auslöser (34) für den Ermittlungsprozess ausgebildet ist.
Ermittlungsmodul nach Anspruch 32 oder 33, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bedienmittel (33) als sensitives Steuerfeld (35) für eine Steuerung des Rangiersystems (2) und der Anhängerbewegungen, insbesondere für die Fahrtrichtung und die Geschwindigkeit des abgekuppelten Anhängers (3), ausgebildet ist.
Rangierantriebssystem für einen abgekuppelten Anhänger (3), wobei das Rangierantriebssystem (2) mindestens eine Antriebseinheit (14,14') für den drehenden Antrieb von beidseitigen Anhängerrädern (12,13) und einen Messwertgeber (18) für das Antriebsmoment oder ein Äquivalent sowie einen Messwertgeber (19) für die Antriebsdrehzahl und/oder die Antriebsbeschleunigung oder ein Äquivalent umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Rangierantriebssystem (2) mit einem Ermittlungsmodul (1) steuer- und signaltechnisch verbindbar oder verbunden ist, wobei das Ermittlungsmodul (1) die Zuladung (Δm) des abgekuppelten Anhängers (3) ermittelt und nach einem der Ansprüche 1 bis 34 ausgebildet ist.
Rangierantriebssystem nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass das Rangierantriebssystem (2) mehrere Antriebseinheiten (14,14') aufweist, die jeweils eines der beidseitigen Anhängerräder (12,13) antreiben.
Rangierantriebssystem nach Anspruch 35 oder 36, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit(en) (14,14') ein Antriebsmittel (15) und ein mit dem zugeordneten Anhängerrad (12,13) verbindbares oder verbundenes Treibmittel (16) aufweist/aufweisen.
Rangierantriebssystem nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsmittel (15) und das Treibmittel (16) einen Antriebsstrang (27) bilden.
Rangierantriebssystem nach Anspruch 37 oder 38, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsmittel (15) als Elektromotor, bevorzugt als elektrischer Gleichstrommotor, insbesondere fremderregter elektrischer Gleichstrommotor ausgebildet ist.
Rangierantriebssystem nach einem der Ansprüche 35 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass das Treibmittel (16) eine rotierend angetriebene und an ein Anhängerrad (12,13) bevorzugt umfangseitig zustellbare Treibrolle sowie ggf. ein Getriebe aufweist.
Rangierantriebssystem nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (14,14') mit einem Antriebsmittel (15), insbesondere einem Elektromotor, bevorzugt Gleichstrommotor, und einer ggf. zustellbaren Treibrolle als Mover und zur Montage an einem Längsträger des Anhängers (3) ausgebildet ist.
Rangierantriebssystem nach einem der Ansprüche 35 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass das Treibmittel (16) eine rotierend angetriebene und mit einer Achse eines Anhängerrads (12,13) gekoppelte Treibwelle sowie ggf. ein Getriebe aufweist.
Rangierantriebssystem nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (14,14') mit einem Antriebsmittel (15), insbesondere einem Elektromotor, und einer Treibwelle als integrierter Rangierantrieb ausgebildet ist, wobei das Antriebsmittel (15) zur Montage in oder an einem Achskörper (10) einer Achsanordnung (9) des Anhängers (3) ausgebildet ist.
Rangierantriebssystem nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (14,14') mit einem Antriebsmittel (15), insbesondere einem Elektromotor, und einer Treibwelle als Radnabenmotor ausgebildet ist.
Rangierantriebssystem nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (14,14') mit einem Antriebsmittel (15), insbesondere einem Elektromotor, und einer Treibwelle als ggf. rekuperationsfähige elektrische Achse ausgebildet ist.
Rangierantriebssystem nach einem der Ansprüche 35 bis 45, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (14,14') eine steuerbare Bremseinrichtung (22) aufweist.
Rangierantriebssystem nach einem der Ansprüche 35 bis 46, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Messwertgeber (18,19) an einer Antriebseinheit (14,14') oder extern angeordnet sind.
Rangierantriebssystem nach einem der Ansprüche 35 bis 47, dadurch gekennzeichnet, dass ein Messwertgeber (18) für ein Äquivalent des Antriebsmoments (M) ein Geberteil (18`) für einen elektrischen Motorstrom und ggf. ein Geberteil (18") für eine Motorspannung einer Antriebseinheit (14,14') umfasst.
Rangierantriebssystem nach einem der Ansprüche 35 bis 48, dadurch gekennzeichnet, dass ein Messwertgeber (19) für ein Äquivalent der Antriebsbeschleunigung ein Geberteil (20) für eine Antriebsgeschwindigkeit oder eine Antriebsdrehzahl einer Antriebseinheit (14,14') und ein Geberteil (21) für die Zeit umfasst.
Rangierantriebssystem nach einem der Ansprüche 35 bis 49, dadurch gekennzeichnet, dass das Rangierantriebssystem (2) eine anhängerfeste oder eine mobile Steuereinrichtung (23) mit einem Ermittlungsmodul (1) umfasst.
Rangierantriebssystem nach Anspruch 50, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (23) eine Recheneinheit (26), Speicher (27,28,29) für ein Programm und/oder für Daten und/oder für Vorgabewerte und I/O-Schnittstellen aufweist.
Rangierantriebssystem nach Anspruch 50 oder 51, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (23) ein bevorzugt drahtloses Kommunikationsmittel (31) aufweist.
Rangierantriebssystem nach einem der Ansprüche 35 bis 52, dadurch gekennzeichnet, dass das Rangierantriebssystem (2) eine Anzeige (32) aufweist.
Rangierantriebssystem nach einem der Ansprüche 35 bis 53, dadurch gekennzeichnet, dass das Rangierantriebssystem (2) eine mobile, insbesondere tragbare Fernbedienung (25) aufweist.
Rangierantriebssystem nach Anspruch 54, dadurch gekennzeichnet, dass in der Fernbedienung (25) eine mobile Steuereinrichtung (23) angeordnet ist.
Rangierantriebssystem nach Anspruch 54 oder 55, dadurch gekennzeichnet, dass die mobile, insbesondere tragbare Fernbedienung (25) als dediziertes Gerät oder als universeller tragbarer Computer, insbesondere Smartphone, Tablet oder dgl., ausgebildet ist.
Rangierantriebssystem nach Anspruch 56, dadurch gekennzeichnet, dass das Ermittlungsmodul (1) als Softwaremodul, insbesondere als App, ausgebildet ist.
Rangierantriebssystem nach einem der Ansprüche 54 bis 57, dadurch gekennzeichnet, dass die Fernbedienung (25) Bedienmittel (33) für ein Auslösen des Ermittlungsprozesses und/oder für eine Steuerung des Rangiersystems (2), insbesondere für die Fahrtrichtung und die Geschwindigkeit des Anhängers (3), aufweist.
Rangierantriebssystem nach einem der Ansprüche 35 bis 53, dadurch gekennzeichnet, dass das Rangierantriebssystem (2) eine App für eine tragbare Fernbedienung (25), insbesondere einen universellen tragbaren Computer, umfasst, die auf einem Monitor (45), insbesondere einem Touchscreen, des tragbaren Computers ein oder mehrere Bedienmittel (33) für eine Steuerung des Rangiersystems (2) und des abgekuppelten Anhängers (3) sowie ggf. eine Anzeige (32) generiert.
Rangierantriebssystem nach Anspruch 59, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bedienmittel (33) als sensitives Steuerfeld (35) für eine Steuerung der Anhängerbewegungen, insbesondere für die Fahrtrichtung und die Geschwindigkeit des abgekuppelten Anhängers (3), ausgebildet ist.
Ermittlungsmodul nach Anspruch 60, dadurch gekennzeichnet, dass das sensitive Steuerfeld (35) ein Zentrum (43) und eine umgebende, bevorzugt ringförmige, Sensorfläche (44) aufweist, mit der Fingerpositionen und ggf. Fingerbewegungen eines Bedieners nach Richtung und Abstand vom Zentrum (43) aufgenommen und zur Steuerung von Fahrtrichtung und Geschwindigkeit des abgekuppelten Anhängers (3) ausgewertet werden können.
Anhänger mit einem Chassis (4), einer bevorzugt starren Deichsel (5), einer Anhängerkupplung (6), einer Achsanordnung (9) mit beidseitigen Anhängerrädern (12,13) und einem Rangierantriebssystem (2), dadurch gekennzeichnet, dass das Rangierantriebssystem (2) nach einem der Ansprüche 35 bis 61 ausgebildet ist.
Anhänger nach Anspruch 62, dadurch gekennzeichnet, dass der Anhänger (3) ein bevorzugt an der Deichsel (5) angeordnetes gleit- oder rollfähiges Stützmittel (7), insbesondere Stützrad, aufweist.