WO1993007023A1 - Fahrzeugzug mit durch elektromotoren angetriebenen antriebsrädern - Google Patents

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WO1993007023A1
WO1993007023A1 PCT/DE1992/000837 DE9200837W WO9307023A1 WO 1993007023 A1 WO1993007023 A1 WO 1993007023A1 DE 9200837 W DE9200837 W DE 9200837W WO 9307023 A1 WO9307023 A1 WO 9307023A1
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trailer
vehicle
wheels
electronic control
steering angle
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PCT/DE1992/000837
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Uwe Adler
Hans-Jürgen Drexl
Dieter Lutz
Franz Nagler
Martin Ochs
Stefan Schiebold
Hans-Joachim Schmidt-Brücken
Wolfgang Thieler
Michael Wagner
Holger Westendorf
Rainer Wychnanek
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Mannesmann Aktiengesellschaft
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    • B62D59/04—Trailers with driven ground wheels or the like driven from propulsion unit on trailer
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    • B60K7/0007—Disposition of motor in, or adjacent to, traction wheel the motor being electric
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Definitions

  • the invention relates to a vehicle train with a vehicle driven by electric motors according to the preamble of patent claim 1.
  • Manual transmission is coupled to a mechanical drive train, but which drives an electric generator.
  • the drive wheels of these vehicles are driven by electric Aehs- or wheel motors, which draw their electrical current from the generator.
  • Electric motors are controlled by an electronic control.
  • the electric motors and the generator are designed as “multiple electronic permanent magnet machines” (MED machines). They have an internal stator part made up of a large number of stator laminations, which are arranged in a star shape and wound with individual coils.
  • MED machines multiple electronic permanent magnet machines
  • the rotor part which consists of a magnetically conductive ring with permanent magnets of the type rare earth cobalt or rare earth iron, is arranged around the stator part.
  • the electronic frequency converter is provided by the single frequency converters
  • Vehicle parts arranged, with the drive wheels in the
  • Trailing axle is driven by an internal combustion engine via a conventional drive train with a manual transmission.
  • an electrical or electrohydraulic drive for the central axis of the vehicle to be fed from a power supply is provided. Simultaneous operation of both drives is not considered.
  • DE 37 25 620 A1 discloses a drive and brake concept for a motor vehicle with an internal combustion engine / generator unit for supplying the electric drive motors of its wheels, in which a traction control and an anti-lock control are provided. Trailer operation is not mentioned there.
  • the object of the invention is to improve a vehicle train of the generic type in its driving properties, in particular with regard to its traction, without this requiring an excessive construction effort.
  • Figure 1 is a side view of a vehicle train with biaxial
  • Figure 3 shows a drive concept of an inventive
  • Figure 1 is a schematically designed as a truck
  • the trailer 2 is mechanically connected to a trailer coupling 13 of the towing vehicle 1 via a drawbar 14.
  • v represented by an arrow
  • F WG transmission resistance of the towing vehicle
  • F WB acceleration resistance of the towing vehicle
  • the force acting on the towing vehicle 1 as resistance tensile force F Z is in its absolute magnitude of the tensile force F z is equal to that exerted by the coupling 13 to the drawbar 14 of the trailer 2 and is directed in the direction of travel:
  • the driving resistance forces marked by a line have the same meaning in relation to the trailer as the driving resistance forces of the towing vehicle explained above.
  • the invention is distinguished from the known vehicle trains in particular in that not only the towing vehicle 1 but also the trailer 2 has driven wheels 5. Under certain operating conditions, it is particularly advantageous to drive all of the wheels 5, 6 of the trailer 2. This gives the vehicle train maximum traction.
  • the wheels 5, 6 are driven by
  • Lines 16 dosed accordingly supplied with electrical current.
  • the optional electric motors 10 on the wheels 6 and the associated power lines 16 are shown in dashed lines in FIG.
  • the dash-dotted lines 17 indicate that the electronic control 11 continuously the signals required for the control of the electric motors about the current operating state of each
  • Electric motor 7, 8, 9, 10 receives.
  • the two-axle trailer 2 has a steerable front axle (subframe steering) since the front axle, which is rigidly connected to the drawbar 14, can be pivoted about a pivot point.
  • the trailer 2 can also be single-axis or other axes (e.g. rear
  • the electronic control 11 supplies the electric motors 9 and optionally 10 with metered power in such a way that the trailer 2 exerts a tractive force on the towing vehicle 1 at all times, that is to say during the
  • Forward driving mode does not change to push mode (e.g. when driving downhill).
  • the power supply can possibly proceed in a negative direction, that is to say that the electric motors 9, 10 can also be used temporarily as generators to generate electricity, and thus generate a negative drive torque (braking torque).
  • the monitoring of the magnitude of the tensile force on the drawbar 14 is ensured by a corresponding sensor (not shown) (e.g. strain gauge), which is connected to the electronic control 11 in terms of signal technology.
  • a higher minimum tractive force value F Z is to be provided at a higher driving speed than at a lower speed.
  • the vehicle train according to the invention has devices (for example sensors in the area of the wheel suspension or the steering of the steerable wheels 3 of the towing vehicle 1) for detecting the steering angle ⁇ of the right front wheel 3 or the steering angle ⁇ of the left front wheel or both steering angles ⁇ , ⁇ by the electronic Control 11.
  • the electronic control 11 can record the current driving speed v of the vehicle train at any time. This can
  • Another essential feature of the invention is that in the electronic control 11 in the form of stored table values or calculation algorithms a unique assignment of one of the
  • Steering angle .alpha., .Beta. Or both steering angles .alpha., .Beta. Take place at a sol l steering angle of the trailer 2 or at a value representing this target steering angle.
  • the steering angle ⁇ , ⁇ can be seen in FIG. 2 as the angle between the axes of rotation of the steered wheels 3 and the axes of rotation of the unguided wheels 4.
  • the steering angle ⁇ of the trailer 2 is formed between the axes of rotation of the wheels 5 and 6 and is therefore equal to the angle between the drawbar 14 and the longitudinal axis of the trailer 2 (turntable angle).
  • the angle between the drawbar i.e. the longitudinal axis of the trailer
  • the longitudinal axis of the towing vehicle can be referred to as the steering angle of the trailer.
  • r ⁇ curve radius, that means distance of the longitudinal axis of the
  • unguided rear axle of the tractor l D effective drawbar length of the trailer, that is, horizontal distance of the axis of rotation of the steered trailer axle from the coupling axis of the
  • the speed of the former must be set correspondingly higher.
  • Circular drive i.e. clarify when turning the vehicle into a curve.
  • Steering angle .alpha., .Beta. Is set to corresponding values which are detected by the electronic control 11 via steering angle sensors. From the current steering angle ⁇ or ß, as described above, a target value for the steering angle ⁇ of the trailer 2, i.e. in the
  • Phase shift t ph follows the temporal function of the steering angle ⁇ is corrected by the electronic control 11 in the drive. This is preferably done in such a way that, on the one hand, the drive power on the wheels 5, 6 of the trailer 2 is reduced, and, on the other hand, by means of speed difference control of the wheels on the outside of the curve and on the inside of the curve, the actual steering angle ⁇ to the
  • Target steering angle is approximated. Instead of the steering angle ⁇ des
  • Towing vehicle 1 could of course also be used in a corresponding manner, the steering angle ß.
  • appropriate sensors would have to be provided for detecting the lateral acceleration. Since the speeds and torques and thus also the drive power of the electric motors 7, 8, 9, 10 are monitored by the electronic control 11, traction control can be carried out in the vehicle train according to the invention without great effort. Inadmissibly high slip on individual driven wheels 3, 4, 5, 6 can easily be determined by comparing the wheel speeds with one another.
  • each electric motor 7, 8, 9, 10 can be addressed individually by the electronic control 11 within fractions of a second, an immediate individual reduction of the drive power and thus the drive torque to values such as those on the respective wheel 3 is possible , 4, 5, 6 no more illegal slippage occurs. This results in the possibility of reducing the
  • Cornerers Is recognized by the electronic control 11 (e.g. by comparing the steering angle of the towing vehicle 1 and the
  • This increased slip can be easily recognized by the electronic control 11 by comparing the speed and / or torque values of the electric drive motors and causes the electronic one
  • Control 11 not only for the already mentioned reduction of the corresponding drive torque but also for a metered redistribution of the drive forces to "uncritical"
  • the electronic control system performs an evaluation of the values of the actual tractive force t F z on the drawbar 14 and / or the steering angle ⁇ of the trailer 2, which are recorded over time, for periodic fluctuations. This provides information about an impending threat
  • the electrical current for supplying the electric motors 7, 8, 9, 10 can be taken from an accumulator, for example.
  • the electrical current is preferably in a
  • the drive concept according to the invention is also particularly advantageous for vehicle trains with a single-axle trailer, for example for articulated buses. It is completely irrelevant from the drive technology point of view whether the internal combustion engine / generator unit is accommodated in the trailer 2 or in the front end, since the energy transmission to the electric drive motors in a drive according to the invention
  • Vehicle train can be done by electrical cables and plug connections in a simple and extremely flexible way.
  • the dykes, el in the sense of the invention are physically fused directly to the floor of the rear car attached to the front car.
  • the invention makes it possible for the first time that an articulated bus can drive through curves forwards and backwards in the same way. This is of great importance for a shunting operation, for example in congestion in city traffic.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Fahrzeugzug mit einem Zugfahrzeug (1) und einen angehängten Anhänger, wobei das Zugfahrzeug an mindestens einer Achse Antriebsräder (3, 4) aufweist, die durch Elektromotoren (7, 8) angetrieben werden. Der Anhänger (2) weist auf der rechten und der linken Anhängerseite Antriebsräder (5) auf, die durch Elektromotoren (9) angetrieben werden, wobei die Steuerung elektronisch über die Steuerung (11) erfolgt, und außerdem sind Mittel zur Erfassung des Lenkwinkels des Zugfahrzeuges und zur Erfassung der Geschwindigkeit vorgesehen, und die so ermittelten Werte werden über die Steuerung zur Beeinflussung des Lenkwinkels des Anhängers ausgewertet.

Description

Fahrzeugzug mit durch E l ek t ruino toren angetriebenen Rhtriebsrädern
Die Erfindung betrifft einen Fahrzeugzug mit einem durch Elektromotoren angétrie enen Zu g f ahrze ug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Rus der Verö f f en t l i chung "VDI Berichte Nr. 578,1991" sind Fahrzeuge bekannt, die ein sogenanntes "elektrisches Getriebe" aufweisen. Es handelt sich hierbei um Fahrzeuge, die mit einem Verbrennungsmotor ausgestattet sind, der seinerseits nicht wie üblich über ein
Schaltgetriebe an einen mechanischen Antriebsstrang gekoppelt ist, sondern der einen elektrischen Generator antreibt. Die Antriebsräder dieser Fahrzeuge werden von elektrischen Aehs- oder Radmotoren angetrieben, die ihren elektrischen Strom von dem Generator beziehen. Die Stromerzeugung des Generators und die Stromversorgung der
Elektromotoren werden von einer elektronischen Steuerung gesteuert. Die Elektromotoren und der Generator sind als "multiple elektronische Dauermagnet-Maschinen" (MED-Maschinen) ausgebildet. Sie weisen einen innenliegenden Statorteil aus einer großen Zahl von Statorblechpaketen auf, die sternförmig angeordnet und mit Einzelspulen bewickelt sind.
Diese Spulen sind einzeln oder in Gruppen Serien- oder
parallelgeschaltet mit Einzelfrequenzumrichtern der elektronischen Steuerung verbunden, die auch als "multiple Stromsteuerung" CM55) bezeichnet wird. Rußen um den Statorteil ist der Rotorteil angeordnet, der aus einem magnetisch leitfähigen Ring mit von innen aufgebrachten Dauermagneten vom Typ Seltenerd-Kobalt oder Seltenerd-Eisen besteht. Durch die Einzelf requenzumrichter erfolgt die elektronische
Kommutierung des Spulenstroms zum korrekten Zeitpunkt und in der vom Betriebspunkt her erforderlichen Amplitude. Wegen der
Außenläuferkonstruktion und des in radialer Richtung sehr dünn gehaltenen Rotorteils ergibt sich gegenüber konventionellen
Gleichstrommaschinen bei den MED-Maschinen bei gleichem
AuGendurchmesser eine Steigerung von Drehmoment und Leistung auf bis das Dreifache.
Bei diesen bekannten Fahrzeugen erfolgt die Kraftübertragung vom Verbrennungsmotor zu den Antriebsrädern auf rein elektrischem Wege mit hohem Wirkungsgrad. Konstruktive Rücksichtnahmen, wie sie bei der fluslegung eines konventionellen mechanischen Antriebsstrangs
unvermeidbar sind, entfallen hierbei weitestgehend.
Fahrzeugzüge in Form von Lastkraftwagen mit Anhängern oder
Sattelschlepperzügen oder Gelenkomnibussen sind seit vielen Jahren bekannt. Kennzeichnend für Lastkraftwagen und Sattelschlepperzüge ist es, daß der Verbrennungsmotor für den Antrieb im Zugfahrzeug
untergebracht ist. Bei Gelenkbussen wird der Verbrennungsmotor dagegen üblicherweise im Heck des an einen Vorderwagen angehängten
FahrzeugteiLs angeordnet, wobei sich auch die Antriebsräder im
angehängten Fahrzeugteil befinden. Das Fahrverhatten derartiger Fahrzeugzüge ist vielfach
verbesserungswürdig. Dies gilt zum einen im Hinblick auf die
Traktion, da meistens nur die Räder einer einzigen Achse des
Zugfahrzeugs und eher nur in Ausnahmefällen (insbesondere wegen der höheren Herstellkosten) zwei oder drei Achsen angetrieben sind. Abgesehen von Gelenkbussen, die im "Schiebebetrieb" arbeiten, ist der an das Zugfahrzeug angehängte Teil des Fahrzeugzugs abgesehen von Sonderfahrzeugen stets ohne einen eigenen Antrieb, so daß von der vorhandenen Räderanzahl des Fahrzeugzugs nur ein Teil zur
Übertragung von Antriebskräften genutzt wird. Zum anderen bereitet das Rückwärtsfahren mit einem herkömmlichen Anhänger, insbesondere wenn dieser eine lenkbare (schwenkbare) Achse besitzt, vielfach große Schwierigkeiten, da der Fahrzeugzug anders als bei Vorwärtsfahrt zum "Einknicken", d.h. zum Querstellen des Anhängers gegenüber der gewünschten Fahrtrichtung neigt. Ein derartiges Einknicken kann unter ungünstigen Umständen auch beim Abbremsen des Fahrzeugzugs auftreten.
Aus der DE 30 45 115 A1 ist ein Gelenkomnibus bekannt, dessen
Nachläuferachse von einem Verbrennungsmotor über einen herkömmlichen Antriebsstrang mit Schaltgetriebe angetrieben wird. Für einen
alternativen Rntrieb als Oberleitungsbus ist ein von einem Stromnetz zu speisender elektrischer oder elektrohydraulischer Antrieb für die Mittelachse des Fahrzeugs vorgesehen. Ein gleichzeitiger Betrieb beider Antriebe wird nicht in Erwägung gezogen.
Ein Campingwagen, dessen Räder von Elektromotoren antreibbar sind, die aus einer Batterie oder einer externen Stromquelle mit elektrischer Antriebsenergie versorgt werden, ist in der DE-A 27 05 318 beschrieben. Der Antrieb durch die Elektromotoren ist nur für das Rangieren des Campingwagens im vom Zugwagen abgekoppelten Zustand vorgesehen. Zur Erleichterung der Kurvenfahrt kann dabei auch ein Antrieb der Räder mit entsprechend unterschiedlichen Drehzahlen vorgenommen werden.
Ferner ist aus der DE 39 07 763 A1 eine Vorrichtung bekannt, die zumZweck der Regelung des Bremssystems im Hinblick auf ein neutrales Fahrverhalten eines aus Zugwagen und Anhänger bestehenden Wagenzuges eingesetzt wird und an der Zugfahrzeugkupplung die auftretenden
Deichselkräfte mißt, über die Möglichkeit einer Verwertung der erfaßten Deichselkräfte für andere Zwecke ist nichts ausgesagt.
Weiterhin ist es aus der DE-A5 20 10 594 bekannt, an einem Fahrzeug, dessen Räder durch ELektromotoren über Getriebe angetrieben werden, durch einen Geber ein dem Kurvenradius proportionales Signal zu ermitteln und die Drehzahlen der Räder entsprechend unterschiedlich einzustellen. Auf Fahrzεugzüge finden sich in dieser Schrift keine Hinweise.
Schließlich ist aus der DE 37 25 620 A1 ein Antriebs- und Bremskonzept für ein Kraftfahrzeug mit einer Verbrennungsmotor/Generator-Einheit zur Versorgung der elektrischen Antriebsmotoren seiner Räder bekannt, bei dem eine Antriebsschlupf- und eine Antiblockierregelung vorgesehen sind Ein Anhängerbetrieb ist dort nicht erwähnt.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Fahrzeugzug der gattungsgemäßen Art in seinen Fahreigenschaften, insbesondere im Hinblick auf seine Traktio zu verbessern, ohne daß dafür ein übermäßiger Bauaufwand erforderlich wird.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch einen Fahrzeugzug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Untεransprüchen 2 bis 12 angegeben.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der schematischen Darstellungen der Figuren 1 bis 4 näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine Seitenansicht eines Fahrzeugzugs mit zweiachsigem
Anhänger , Figur 2 eine Kurvenfahrt eines Fahrzeugzugs mit zweiachsigem
Anhänger,
Figur 3 ein Rntriebskonzept eines erfindungsgemäßen
Fahrzeugzugs und
Figur 4 den zeitlichen VerLauf der Lenkwinkel eines
Zugfahrzeugs und eines Anhängers.
In Figur 1 sind schematisch ein als Lastkraftwagen ausgebildetes
Zugfahrzeug 1 und ein Anhänger 2 dargestellt. Der Anhänger 2 ist über eine Deichsel 14 mit einer Anhängerkupplung 13 des Zugfahrzeugs 1 mechanisch verbunden. Wenn sich der Fahrzeugzug mit einer bestimmten Geschwindigkeit v (durch einen Pfeil dargestellt) bewegt, wirken auf ihn eine Reihe von Kräften ein, die als Rntriebskräfte oder als
Fahrwiderstandskräfte zu betrachten sind. Für das Zugfahrzeug 1 gilt im Hinblick auf die zum Ziehen des Anhängers 2 zur Verfügung stehende Zugkraft FZ:
FE - FWG - FWR - FWS - FWL - FWB = FZ (1)
Darin bedeuten:
FE = vom Antriebssystem des Zugfahrzeugs momentan
bereitgestellte Antriebskräft
FWG = Getriebewiderstand des Zugfahrzeugs
FWR = Rollwiderstand des Zugfahrzeugs
FWL = Luftwiderstand des Zugfahrzeug FWS = Steigwiderstand des Zugfahrzeugs
F WB = Beschleunigungswiderstand des Zugfahrzeugs
Die auf das Zugfahrzeug 1 als Widerstandskraft wirkende Zugkraft FZ ist in ihrer absoluten Größe der Zugkraft FZ, gleich, die von der Kupplung 13 auf die Deichsel 14 des Anhängers 2 ausgeübt wird und in Fahrtrichtung gerichtet ist:
FZ = FZ , (2)
Für einen herkömmlichen Anhänger ohne eigenen Antrieb gilt im
Zugbetrieb:
FZ' = FWR' + FWL' + FWS' + FWB' (3)
Die durch einen Strich gekennzeichneten Fahrwiderstandskräfte haben darin bezogen auf den Anhänger die entsprechende Bedeutung wie die vorstehend erläuterten Fahrwiderst andskräf te des Zugfahrzeugs.
Aus Gründen der Fahrstabilität sollten bei Vorwärtsfahrt über die Deichsel eines Anhängers möglichst nur Zugkräfte übertragen werden, das heißt, ein Schieben durch den Anhänger sollte unbedingt vermieden werden. Das bedeutet, daß FZ und FZ, bei der in Figur 1 dargestellten Kraftrichtung stets größer O sein, also nicht negativ (Druckkraft) werden sollten. Beim Bremsen oder bei einer Bergabfahrt wird dies bei herkömmlichen Anhängern nicht ohne weiteres gewährleistet.
Die Erfindung geht, wie dies aus dem Schema in Figur 3 hervorgeht, von einem lenkbaren Zugfahrzeug 1 aus, dessen Antriebsräder 4 mindestens einer Achse durch separate Elektromotoren β angetrieben werden. Auf jeder Fahrzeugseite steht also mindestens ein von einem Elektromoto 8 angetriebenes Antriebsrad 4 zur Verfügung. Die Elektromotoren 8 werde durch eine elektronische Steuerung 11 aus einer Gleichstromquelle 15 über Leitungen 16 mit elektrischer Antriebsenergie 18 versorgt. Die Stromquelle 15 kann beispielsweise als von einem Verbrennungsmotor angetriebener Generator oder auch als Akkumulator oder ähnliches ausgebildet sein. Mit besonderem Vorteil werden MED-Maschinen als Elektromotoren 8 für den Fahrzeugantrieb und gegebenenfalls auch als Generator eingesetzt. Wenn letzteres zutrifft, übernimmt die
elektronische Steuerung 11 auch die Steuerung des Generators im 5inne einer multiplen Stromsteuerung. Um dem Zugfahrzeug 1 eine möglichst hohe Traktion zu verleihen, können dessen sämtliche Antriebsräder mit elektromotorischen Antrieben versehen werden. In Figur 3 ist dies durch gestrichelt dargestellte Elektromotoren 7 an den Rädern 3 und
gestrichelte Stromleitungen 16 angedeutet. Der Mehraufwand für einen derartigen Allradantrieb im Vergleich zum Antrieb der Räder nur einer einzigen Fahrzeugachse ist gegenüber einer Lösung mit konventionellem flntriebsstrang relativ gering.
Die Erfindung zeichnet sich gegenüber den bekannten Fahrzeugzügen insbesondere dadurch aus, daß nicht nur das Zugfahrzeug 1 sondern auch der Rnhanger 2 über angetriebene Räder 5 verfügt. Unter bestimmten Betriebsbedingungen ist es besonders vorteilhaft, sämtliche Räder 5, 6 des Anhangers 2 anzutreiben. Dadurch erhält der Fahrzeugzug eine maximale Traktion. Der Antrieb der Räder 5, 6 erfolgt durch
Elektromotoren 9, 10, die den Rädern 5, 6 jeweils separat zugeordnet sind, so daß eine individuelle Einstellung von Drehzahl und
Antriebsdrehmoment möglich ist. Dies erfolgt wiederum durch die
elektronische Steuerung 11, die die Elektromotoren 9, 10 über die
Leitungen 16 entsprechend dosiert mit elektrischem Strom versorgt. Die optionalen Elektromotoren 10 an den Rädern 6 und die zugeordneten Stromleitungen 16 sind in Figur 3 gestrichelt dargestellt. Durch die strichpunktierten Linien 17 wird angedeutet, daß die elektronische Steuerung 11 fortlaufend die für die Steuerung der Elektromotoren erforderlichen Signale über den aktuellen Betriebszustand jedes
Elektromotors 7, 8, 9, 10 erhält.
In dem in Figur 1 und 2 dargestellten Beispiel weist der zweiachsige Anhänger 2 eine lenkbare Vorderachse auf (Fahrschemellenkung), da die knicksteif mit der Deichsel 14 verbundene Vorderachse um einen Drehpunk schwenkbar ist. Grundsätzlich kann der Anhänger 2 auch einachsig ausgebildet sein oder aber noch weitere Achsen (z.B. hintere
Tandemachse) aufweisen.
Ein weiteres wesentliches Merkmal der Erfindung ist es, daß die elektronische Steuerung 11 die Elektromotoren 9 und gegebenenfalls 10 in der Weise dosiert mit Strom versorgt, daß der Anhänger 2 jederzeit eine Zugkraft auf das Zugfahrzeug 1 ausübt, also während des
Vorwärtsfahrbetriebs nicht in den Schiebebetrieb übergeht (z.B. bei Bergabfahrt). Hierzu kann die Stromversorgung gegebenenfalls in negativer Richtung vor sich gehen, das heißt, daß die Elektromotoren 9, 10 im Bedarfsfall zeitweilig auch als Generatoren zur Stromerzeugung herangezogen werden und auf diese Weise ein negatives Antriebsmoment (Bremsmoment) erzeugen. Die Überwachung der Größe der Zugkraft an der Deichsel 14 wird durch einen entsprechenden (nicht dargestellten) Senso (z.B. Dehnungsmeßstreifen) gewährleistet, der signaltechnisch mit der elektronischen Steuerung 11 verbunden ist. Die Regelung der
Antriebsleistung erfolgt zweckmäßigerweise so, daß die Zugkraft FZ an der Deichsel 14 möglichst klein ist, wobei allerdings die
Fahrbedingungen berücksichtigt werden. Bei höherer Fahrgeschwindigkeit ist ein größerer Mindestzugkraftwert FZ vorzusehen als bei niedriger Geschwindigkeit. Weiterhin verfügt der erfindungsgemäße Fahrzeugzug über Einrichtungen (z.B. Sensoren im Bereich der Radaufhängung oder der Lenkung der lenkbaren Räder 3 des Zugfahrzeugs 1) zur Erfassung des Lenkwinkels α des rechten Vorderrads 3 oder des Lenkwinkels ß des Linken Vorderrads oder beider Lenkwinkel α, β durch die elektronische Steuerung 11.
Außerdem kann die elektronische Steuerung 11 jederzeit die aktuelle Fahrgeschwindigkeit v des Fahrzeugzugs erfassen. Hierzu kann
beispielsweise ein Tachogenerator vorgesehen sein. Es ist aber auch ohne weiteres möglich, die Geschwindigkeit v von der elektronischen Steuerung 11 anhand der erfaßten Drehzahlen der Antriebsräder 3, 4, 5, 6 errechne zu lassen.
Ein weiteres wesentliches Merkmal der Erfindung ist es, daß in der elektronischen Steuerung 11 in Form von gespeicherten Tabellenwerten oder Berechnungsalgorithmen eine eindeutige Zuordnung eines der
Lenkwinkel α , β oder beider Lenkwinkel α, ß zu einem Sol l-Lenkwinkel des Anhängers 2 oder zu einem diesen Soll-Lenkwinkel repräsentierenden Wert erfolgt. Die Lenkwinkel α , β sind in Figur 2 als Winkel zwischen den Drehachsen der gelenkten Räder 3 und den Drehachsen der ungelenkten Räder 4 erkennbar. Der Lenkwiπkel ξ des Anhängers 2 wird gebildet zwischen den Drehachsen der Räder 5 und 6 und ist damit gleich dem Winkel zwischen der Deichsel 14 und der Längsachse des Anhängers 2 (Drehkranzwinkel). Bei einem einachsigen Anhänger kann der Winkel zwischen Deichsel (das heißt Anhängerlängsachse) und Längsachse des Zugfahrzeugs als Lenkwinkel des Anhängers bezeichnet werden.
Bei einem sogenannten idealen Anhängerbetrieb, also beim Fahren auf trockener rutschfester Fahrbahn ohne angetriebene Räder am Anhänger Läuft eine Kurvenfahrt eines Fahrzeugzugs entsprechend Figur 2 nach festliegenden geometrischen Gesetzmäßigkeiten ab. Es gelten folgende Beziehungen:
Figure imgf000013_0001
Figure imgf000013_0002
Figure imgf000013_0003
Figure imgf000013_0004
Darin bedeuten: rκ = Kurvenradius, das heißt Abstand der Längsachse des
Zugfahrzeugs vom Kurvenmittelpunkt P l = Abstand der gelenkten und der ungelenkten
Fahrzeugachse voneinander sL = Abstand der Drehpunkte der gelenkten Räder des
Zugfahrzeugs voneinander rKK = horizontaler Abstand der Anhängerkupplung am
Zugfahrzeug vom Kurvenmittelpunkt P horizontaler Abstand der Koppelachsε der
Anhängerkupplung von der Drehachse der
ungelenkten Hinterachse des Zugf ahrzeugs lD = wirksame Deichsellänge des Anhängers, das heißt horizontaler Abstand der Drehachse der gelenkten Anhängerachse von der Koppelachse der
Anhängerkupplung lH = Abstand der gelenkten und der ungelenkten
Anhängerachse voneinander ɣ = Winkel zwischen Drehachse der ungelenkten
Hinterräder des Zugfahrzeugs und rkk α ,ß = Lenkwinket des Zugfahrzeugs ξ = Lenkwinkel des Anhängers
Aus den Beziehungen (4) bis (7) läßt sich der Lenkwinkel ξ des
Anhängers 2 für jeden Lenkwinkel α des Zugfahrzeugs 1 errechnen. Εs versteht sich, daß entsprechende Beziehungen auch unter Berücksichtigung des zweiten Lenkwinkels ß des Zugfahrzeugs 1 aufgestellt werden können und daß anstelle des Lenkwinkels α auch ein anderer diesen Winkel repräsentierender Wert (z.B. elektrisches Meß- bzw. Stellsignal) ermittelt werden kann. Wesentlich für die Erfindung ist es, daß die elektronische Steuerung 11 anhand des im Sinne eines Sollwertes ermittelten Lenkwinkels ξ bzw. eines diesem entsprechenden Wertes die Elektromotoren 9 bzw. 10 der angetriebenen Räder 5 und gegebenenfalls 6 des Anhängers 2 hinsichtlich Drehzahl und Drehmoment so steuert, daß der Anhänger sich möglichst auf dem geometrischen Kurs bewegt, der dem idealen Anhängerbetrieb entspricht. Da die kurvenäußeren Räder 5, 6 einen l ängeren Weg als die kurveninneren zurücklegen müssen, ist die Drehzahl der ersteren entsprechend höher einzustellen. Entsprechendes gilt für die angetriebenen Räder 3 und gegebenenfalls 4 des Zugfahrzeugs 1. Von der elektronischen Steuerung 11 muß dabei allerdings berücksichtigt werden, daß der Lenkwinkel ξ des Anhängers 2 erst mit einer von der Fahrzeuggeschwindigkeit v abhängigen Zeitverzögerung tph dem Lenkwinkel α bzw. ß des Zugfahrzeugs 1 folgt, wie dies in Figur 4 anhand des von der Zeit t abhängigen Verlaufs der Lenkwinkel α = f (t) und ξ = f (t) exemplarisch dargestellt is
Diese Zusammenhänge lassen sich am Beispiel einer instationären
Kreisfahrt, d.h. am Einlenken des Fahrzeugs in eine Kurve verdeutlichen. Durch Veränderung des Lenkradwinkels im Zugfahrzeug 1 werden die
Lenkwinkel α , ß auf entsprechende Werte eingestellt, die von der elektronischen Steuerung 11 über Lenkwinkelsensoren erfaßt werden. Aus dem aktuellen Lenkwinkel α oder ß wird, wie vorstehend beschrieben, ein Sollwert für den Lenkwinkel ξ des Anhängers 2, d.h. im
vorliegenden Fall für den Drehkranzwinkel der gelenkten Anhängerachse mit den Rädern 5 ermittelt. Die Phasenverzögerung tph, mit der dieser Soll-Lenkwinkel des Anhängers 2 eingestellt wird, wird von der
elektronischen Steuerung 11 nach folgender Beziehung ermittelt:
= (s/v) x C
> (ö)
Darin bedeuten: s = Abstand der gelenkten Achsen von Zugfahrzeug und
Anhänger v = Geschwindigkeit des Fahrzeugzugs C = Korrekturfaktor zwischen 0 und 1 Der Korrekturfaktor C macht die Berücksichtigung unterschiedlicher Lenkungsausführungen am Anhänger 2 möglich. Bei einer Zwangslenkung geht der Wert von C gegen O. Bei einer SchLepplenkung, wie sie in Fig 2 vorliegt, liegt C dagegen in der Nähe des Wertes 1. In jedem Fall wird C so gewählt, daß das Fahrverhalten eines nicht angetriebenen Anhängers auf trockener Straße (idealer Anhängerbetrieb) nachgebildet wird. Um die zeitverzögerte Einstellung des Anhängerlenkwinkels ξ zu ermöglichen, muß die elektronische Steuerung 11 den zeitlichen Verlauf des Lenkwinkels α bzw. β des Zugfahrzeugs 1 fortlaufend erfassen und ständig über eine Zeitspanne, die größer ist als tph, gespeichert hatten. Nach Erkennen eines Lenkvorgangs über den Lenkwinkelsensor des Zugfahrzeugs 1 beginnt zeitlich um tph versetzt ein fortlaufender Vergleich der Funktionswerte α = f (t) und ξ = f (t), wobei letzter durch einen entsprechenden Winkelsensor am Anhänger 2 erfaßt und an die elektronische Steuerung 11 gegeben werden. Wird festgestellt, daß die zeitliche Funktion des Anhängerlenkwinkels ξ nicht mit der
Phasenverschiebung tph der zeitlichen Funktion des Lenkwinkels α folgt, wird von der elektronischen Steuerung 11 korrigierend in den Antrieb eingegriffen. Dies erfolgt vorzugsweise so, daß zum einen die Antriebsleistung an den Rädern 5, 6 des Anhängers 2 verringert wird, und zum anderen mittels Drehzahldifferenzregelung der kurvenäußeren und kurveninneren Räder der tatsächliche Lenkwinkel ξ an den
Soll-Lenkwinkel angenähert wird. Anstelle des Lenkwinkels α des
Zugfahrzeugs 1 könnte selbstverständlich auch der Lenkwinkel ß in entsprechender Weise herangezogen werden. Grundsätzlich ist es auch möglich, den Lenkwinkel indirekt als theoretischen Lenkwinkel aus der Querbeschleunigung und der Fahrgeschwindigkeit von Zugfahrzeug 1 und/oder Anhänger 2 zu errechnen. In diesem Fall müßten entsprechende Sensoren zur Erfassung der Querbeschleunigung vorgesehen werden. Da die Drehzahlen und Drehmomente und somit auch die Antriebsleistung der Elektromotoren 7, 8, 9, 10 von der elektronischen Steuerung 11 überwacht werden, kann in dem erfindungsgemäßen Fahrzeugzug ohne großen Aufwand eine Antriebsschlupfregelung erfolgen. UnzuLässig hoher Schlupf an einzelnen angetriebenen Rädern 3, 4, 5, 6 kann durch entsprechende Vergleiche der Raddrehzahlen untereinander leicht festgestellt werden. Da jeder Elektromotor 7, 8, 9, 10 von der elektronischen Steuerung 11 innerhalb von Sekundenbruchteilen einzeln angesprochen werden kann, ist eine unverzügliche individuelle Reduzierung der Antriebsleistung und damit des Antriebsdrehmoments auf so lche Werte möglich, bei denen an dem j ewe i l igen Rad 3, 4, 5, 6 kein unzulässiger Schlupf mehr auftritt. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit zu einer Verminderung des
Reifenverschleißes und zur Einsparung von Energie.
Durch die Verteilung der Antriebskräfte des Fahrzeugzugs auch auf Antriebsräder 5, 6 des Anhängers 2 ergibt sich für das Zugfahrzeug 1 eine entsprechende Entlastung der bisher allein für die Übertragung der Antriebskräfte zuständigen Räder 4 und gegebenenfalls 3 und somit für diese Räder eine Erhöhung der übertragbaren Seitenführungskräfte.
Umgekehrt reduzieren sich selbstverständlich am Anhänger 2 bei gleichbleibender Summe der insgesamt von den Rädern 3, 4, 5, 6 auf die Straße zu übertragenden Antriebskräfte die dort übertragbaren
Seitenführungskräfte. Wird durch die elektronische Steuerung 11 erkannt (z.B. durch Vergleich der Lenkwinket des Zugfahrzeugs 1 und des
Anhängers 2 und/oder durch die Kräftebilanz an der Anhängerkupplung (13)), daß die Seitenführungskräfte am Anhänger 2 nicht mehr von den Rädern 5, 6 auf die Fahrbahn übertragen werden, erfolgt eine
Verringerung der Antriebskräfte an den betroffenen Rädern und
gegebenenfalls eine Reduzierung der Geschwindigkeit v des Fahrzeugzugs. Zusätzlich kann der Fahrer durch visuelle und/oder akustische Signale entsprechend gewarnt werden. Somit wird neben einer frühzeitigen
Erkennung des sich anbahnenden VerLustes der Seitenführungskräfte an den Rädern auch ein diesbezüglicher korrigierender Eingriff möglich. Ist beispielsweise die Geschwindigkeit v des Fahrzeugzugs in einer Kurve oder beim Fahren auf einer Fahrbahn mit geringem Reibbeiwert zu groß, werden zunächst die angetriebenen Räder verstärkt schlupfen.
Dieser erhöhte Schlupf kann von der e lektronischen Steuerung 11 leicht erkannt werden durch Vergleich von Drehzahl- und/oder Drehmomentwerten der elektrischen Antriebsmotoren und veranlaßt die elektronische
Steuerung 11 nicht nur zu der bereits erwähnten Verringerung des entsprechenden Antriebsdrehmoments sondern gegebenenfalls auch zu eine dosierten Umverteilung der Antriebskräfte auf "unkritische"
Antriebsräder. Für den gesamten Fahrzeugzug wird damit ein wirksamer Schteuderschutz erreicht.
Im Hinblick auf den Schleuderschutz ist es von besonderem Vorteil, wen die elektronische Steuerung eine Auswertung der in ihrem zeitlichen Verlauf erfaßten Werte der tatsächlichen Zugkraf t FZ an der Deichsel 14 und/oder des Lenkwinkels ξ des Anhängers 2 auf periodische Schwankungen vornimmt. Hieraus lassen sich Informationen über ein drohendes
Schleudern ableiten. Wenn sich eine unzulässige Periodizität mit unzulässiger Amplitude ergibt, dann kann ein entsprechendes Warnsignal an den Fahrer gegeben werden oder aber auch die Geschwindigkeit des Fahrzeugzugs vermindert werden. Außerdem ist es von Vorteil, die
Traktion dann möglichst auf alle antreibbaren Räder gleichmäßig zu verteilen.
Der elektrische Strom zur Versorgung der Elektromotoren 7, 8, 9, 10 kann beispielsweise aus einem Akkumulator entnommen werden. Vorzugsweise wird der elektrische Strom jedoch in einer
Verbrennungsmotor/Generator-Einheit erzeugt, wobei für den Generator wie auch für die Elektromotoren 7, 8, 9, 10 bevorzugt multiple elektronisch gesteuerte Dauermagnet-Maschinen eingesetzt werden. Im Hinblick auf das Rückwärtsfahren, das bei Fahrzeugzügen wegen der "Einknickgefahr" besonders problematisch ist, ermöglicht die Erfindung wesentliche Verbesserungen. Hierzu kann die Antriebsenergie zwischen Zugfahrzeug 1 und Anhänger 2 von der elektronischen Steuerung 11 ohne weiteres so verteilt werden, daß das "Zugfahrzeug 1" praktisch vom "Anhänger 2" gezogen wird. Das heißt, auch bei Rückwärtsfahrt wird an der Deichsel 14 ständig eine Mindestzugkraft aufrechterhalten. Dabei empfiehlt es sich darüberhinaus bei mehrachsigen Anhängern 2, die Summe der Antriebskräfte der Räder 5 an der gelenkten Achse des Anhängers 2 kleiner zu halten als die Summe der Antriebskräfte an den nichtgelenkten Rädern 6 des Anhängers 2.
Besonders vorteilhaft ist die erfindungsgemäße Antriebskonzeption auch für Fahrzeugzüge mit einachsigem Anhänger, also beispielsweise für Gelenkbusse. Hierbei ist es aus antriebstechnischer Sicht völlig unerheblich, ob die Verbrennungsmotor/Generator-Einheit im Anhänger 2 oder aber im Vorderwagen untergebracht wird, da die Energieübertragung zu den elektrischen Rntriebsmotoren in einem erfindungsgemäßen
Fahrzeugzug durch Elektrokabel und Steckerverbindungen auf einfache un äußerst flexible Art erfolgen kann. Bei Gelenkbussen ist die Deichs,el im Sinne der Erfindung unmittelbar körperlich mit dem Boden des an den Vorderwagen angehängten Hinterwagens verschmolzen. Die Erfindung ermöglicht es erstmals, daß Kurven vorwärts und rückwärts in gleicher Weise von einem Gelenkbus durchfahren werden können. Dies hat große Bedeutung für einen Rangierbetrieb beispielsweise bei Engstellen im Stadtverkehr.

Claims

Palentansprüche 1. Fahrzeugzug mit einem Zugfalirzeug (1) und einem über eine Ueichsr (14) daran angehängten Anhänger (2), wubei das an mindestens eine Achse lenkbare Zuyfahrzeug (1) auf der rechten und üer linken Fahrzeugseite an mindestens einer Achse Antriebsräder (3, 4) aufweist, die durch separate Elektrnmo tnren (7, 0) anyelrieben werden, und über eine als Leislunyselektronik ausgebildete elektronische Steuerung (11) zur dosierten Versorgung der
Elektromotoren (7, 0) mit elektrischem 5trom verfügt,
dadurch gekennzeichnet, daß der Anhänger (2) mindestens an einer knicksteif mit d er Deichsel (14) verbundenen Achse auf der rechten und der linken Anhängerseite Antriebsräder (5) aufweist, die angetrieben werden durch separate Elektromotoren (9), die ebenfalls von der elektronischen Steueruny (11) dosiert mil elektrischem Strom versurgt werden, wobei die nntriebskrall der Elektruinoturen (9) vun der elektronischen Steuerung (11) so bemessen wird, (daβ bei Vurwärtsfahrt eine minimale
Zugkraft an der Deichsel, die durch einen Sensur ermillell wird, nicht unterschrillen wird, daß Mittel vorgesehen sind zur direkten oder indirekten Erfassung mindestens eines Lenkwϊnkels (α ,β) und der Geschwindigkrit des Zuglahrzeugs, (l) zur Weiterleilung an die elektronische Sleuerung (11), daß in einem Speicher der elektronischen Steuerung (11) Berechnungsalgorithmen oder Tabetlenwerte hinterlegt sind zur eindeutigen Zuordnung des mindestens einen Lenkwinkels (α , β) des Zugfahrzeugs (1) zu einem Soll-Lenkwinkels des Anhängers (2) oder eines diesen 5oll-Lenkwinkel
repräsentierenden Wertes (idealer Anhängerbetrieb) und daß die elektronische Steuerung (11) mit einer von der
Zugfahrzeuggeschwindigkeit (v) abhängigen Zeitverzögerung
(tph) die Drehzahlen der Elektromotoren (9) der
Antriebsräder (5) an der mit der Deichsel (14) verbundenen Achse auf der kurvenäußeren Anhängerseite gegenüber der kurveninneren Anhängerseite in Abhängigkeit von dem mindestens einen erfaßten Lenkwinkel ( α , ß ) auf solche Werte erhöht, die dem Soll-Lenkwinkel des Anhängers (2) bei idealem Anhängerbetrieb entsprechen. Fahrzeugzug nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß alle Räder (5, 6) des Anhängers (2) über Elektromotoren (9, 10) angetrieben sind, die von der elektronischen Steuerung (11) dosiert mit elektrischem Strom versorgt werden. Fahrzeugzug nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß alle Räder (5, 4) des Zugfahrzeugs (1) über Elektromotoren (7, 8) angetrieben sind, die von der elektronischen Steuerung (11) dosiert mit elektrischem Strom versorgt werden. Fahrzeugzug nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß Mittel vorgesehen sind zur direkten oder indirekten Erfassung des tatsächlichen Lenkwinkels (c) des Anhängers (2) durch die elektronische Steuerung (11) und daß die elektronische Steuerung (11) bei einer Abweichung des tatsächlichen Lenkwinkels (c) des Anhängers (2) von seinem Soll-Lenkwinkel die Drehzahlen der Elektromotoren (9) der Räder (5) der mit der Deichsel (14) verbundenen Achse in der Weise geregelt werden, daß sich die Abweichung verringert. Fahrzeugzug nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die elektronische Steuerung (11) eine Schlupfüberwachung für die angetriebenen Räder (5, 6) des Anhängers (2) durchführt anhand des von den Rädern (5, 6) jeweils tatsächlich übertragenen
Antriebsmomentes oder anhand von Drehzahlunterschieden der Räder (5, 6) oder anhand dieser beiden Kriterien und daß die
elektronische Steuerung (11) bei Feststellung von unzulässig großem Schlupf das Antriebsmoment an den betroffenen Rädern (5, 6) durch Drosselung der 5tromzufuhr vermindert. Fahrzeugzug nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Zugfahrzeug (1) mit einer von einer
Verbrennungsmotoreinheit angetriebenen Generatoreinheit zur
Erzeugung des elektrischen Stroms für die Elektromotoren (7, 8, 9, 10) ausgestattet ist. Fahrzeugzug nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Elektromotoren (7, 8, 9, 10) und gegebenenfalls auch die Generatoreinhe i t als multiple e l ek troni sch gesteuerte
Dauermagnet-Maschinen ausgebildet sind. Fahrzeugzug nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß bei Rückwärtsfahrt die Versorgung der Elektromotoren (7, 8, 9, 10) mit elektrischem Strom von der elektronischen Steuerung (11) in der Weise vorgenommen wird, daß der Anhänger (2) über die Deichsel ( 14 ) eine Zugkraf t auf das Zugf ahrzeug ( 1 ) ausübt . Fahrzeugzug nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß bei Rückwärtsfahrt die Versorgung der Elektromotoren (9, 10) mit elektrischem Strom von der elektronischen Steuerung (11) in der Weise vorgenommen wird, daß bei einem mehrachsigen Anhänger (2) die Summe der Antriebskräfte an den Rädern (5) der mit der Deichsel (14) verbundenen Achse kleiner ist als die Summe der Antriebskräfte der übrigen Achsen des Anhängers (2). Fahrzeugzug nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß die elektronische Steuerung (11) eine Auswertung der Zugkraft an der Deichsel (14) und/oder des Lenkwinkels (ξ) des Anhängers (2) auf periodische Schwankungen vornimmt und bei Feststellung unzulässiger periodischer Schwankungen die Geschwindigkeit (v) des Fahrzeugzugs vermindert und eine möglichst gleichmäßige Verteilung der Traktion auf alle antreibbaren Räder (3, 4, 5, 6) vornimmt. Fahrzeugzug nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet ,
daß der Anhänger (2) einachsig ausgebildet ist. Fahrzeugzug nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Zugfahrzeug (1) und der Anhänger (2) einen Gelenkbus bilden.
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