WO2018210865A1 - Anhänger mit hilfsantrieb - Google Patents

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WO2018210865A1
WO2018210865A1 PCT/EP2018/062597 EP2018062597W WO2018210865A1 WO 2018210865 A1 WO2018210865 A1 WO 2018210865A1 EP 2018062597 W EP2018062597 W EP 2018062597W WO 2018210865 A1 WO2018210865 A1 WO 2018210865A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
trailer
kingpin
driving
electric motor
semitrailer
Prior art date
Application number
PCT/EP2018/062597
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Aschaber
Kurt WAHLMÜLLER
Sven-Olaf LINDERT
Bernhard ELIAS
Hans Philipp ZEINDL
Original Assignee
Steyr Motors Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Steyr Motors Gmbh filed Critical Steyr Motors Gmbh
Publication of WO2018210865A1 publication Critical patent/WO2018210865A1/de

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D59/00—Trailers with driven ground wheels or the like
    • B62D59/04—Trailers with driven ground wheels or the like driven from propulsion unit on trailer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60D—VEHICLE CONNECTIONS
    • B60D1/00—Traction couplings; Hitches; Draw-gear; Towing devices
    • B60D1/01—Traction couplings or hitches characterised by their type
    • B60D1/015—Fifth wheel couplings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60D—VEHICLE CONNECTIONS
    • B60D1/00—Traction couplings; Hitches; Draw-gear; Towing devices
    • B60D1/58—Auxiliary devices
    • B60D1/62—Auxiliary devices involving supply lines, electric circuits, or the like
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D53/00—Tractor-trailer combinations; Road trains
    • B62D53/04—Tractor-trailer combinations; Road trains comprising a vehicle carrying an essential part of the other vehicle's load by having supporting means for the front or rear part of the other vehicle
    • B62D53/08—Fifth wheel traction couplings
    • B62D53/0842—King pins

Definitions

  • the present description relates to a trailer, in particular a semitrailer (semi-trailer) with auxiliary drive and a method for operating this trailer.
  • a large part of the goods is delivered in modern freight transport directly or indirectly via roads to the end user.
  • a large number of trucks is required, which consume a large amount of fuel and pollute the environment with exhaust gases.
  • there is a high price pressure in modern freight transport which forces freight forwarders to save on operating their fleet while increasing fleet flexibility.
  • increasingly fuel-efficient trucks are being used for freight transport, all of which are equipped with modern emission control systems.
  • the progress that can be made in the field of efficiency of internal combustion engine trucks is becoming smaller and smaller.
  • the efficiency of semitrailer tractors has already reached a very high level and only moderate improvements can be achieved in the future and on the basis of internal combustion engines.
  • the trailer has a kingpin connected by a screw connection to a body of the trailer, and at least one measuring washer coupled to the kingpin and configured to provide a biasing force and / or a change in the biasing force of the bolted connection measure up.
  • the trailer has at least one sensor which is designed to measure, directly or indirectly, a force acting on the trailer and / or its change.
  • the trailer further includes an electric motor coupled to at least one wheel of the trailer.
  • a control unit is designed to control the electric motor.
  • a driving condition of the trailer is determined based on data determined by the at least one sensor, and the electric motor is operated in engine operation, in generator operation or in an idling operation (or mechanically decoupled with the wheels) depending on the determined driving condition.
  • the semi-trailer comprises a kingpin mechanically connected to a body of the semi-trailer, at least one sensor coupled to the kingpin and adapted to detect forces acting on the kingpin, and an electric motor connected to at least one wheel coupled the semitrailer.
  • a control unit is designed to control the electric motor, based on data determined by the at least one sensor, to determine a driving condition of the semitrailer, and depending on Mean driving state to operate the electric motor in engine operation, in generator mode or in an idle mode.
  • a method which according to an embodiment comprises: directly or indirectly measuring at least one force acting on a trailer, and determining a driving condition of the trailer depending on the measured force.
  • An electric motor coupled to a wheel of the trailer is controlled in such a way that, depending on the determined driving state, the electric motor is operated in engine operation, in generator operation or in an idling operation.
  • a trailer for coupling to a tractor with a kingpin connected by a screw connection to a body of the trailer, and at least one measuring washer coupled to the kingpin and adapted to provide a biasing force (US Pat. or a change in the preload force) of the screw connection.
  • a biasing force US Pat. or a change in the preload force
  • FIG. 1 shows an example of a semi-trailer in a side view.
  • Figure 2 shows an example of a semitrailer with a semi-trailer according to Figure 1 in a side view.
  • Figure 3 shows an example of a fifth wheel plate for a tractor in a side view.
  • Figure 4 shows the fifth wheel plate of Fig. 3 in a plan view.
  • Figure 5 shows an example of a kingpin of a semi-trailer in a plan view.
  • FIG. 6 shows a further example of a kingpin in a side view.
  • FIG. 7 shows a further example of a kingpin in a side view.
  • FIG. 8 shows the kingpin according to FIG. 7 in a plan view.
  • Figure 9a shows another example of a kingpin in a side view.
  • FIG. 9b shows yet another example of a kingpin in a side view.
  • Figure 10 illustrates an example of the forces occurring at the kingpin at a constant speed.
  • Figure 11 illustrates an example of the kingpin at increasing speed (acceleration) occurring forces.
  • Figure 12 illustrates an example of the kingpin at decreasing speed (deceleration) occurring forces.
  • FIG. 13 illustrates by way of example a semitrailer tractor when driving straight ahead in a plan view.
  • FIG. 14 exemplarily illustrates a semitrailer when cornering in a plan view.
  • Figure 1 shows an example of a side view of a semi-trailer 100, which may have one or more axes.
  • the semitrailer has the three axles 111, 112 and 113.
  • the semitrailer 100 is shown uncoupled (ie without a tractor) and is supported by a support 101 on an eg flat surface 1.
  • the semitrailer 100 may have a kingpin 121 (also known as a kingpin or Kingpin referred to) and a receiving plate (ie, a rigidly connected to the body of the trailer mounting plate to which the kingpin can be attached, for example by means of screws) have.
  • the kingpin 121 is disposed on an underside 102 of the semitrailer 100 (fixed to the receiving plate).
  • the receiving plate may e.g. be welded into the body of the trailer and thus considered as part of the body of the trailer.
  • the semitrailer 100 may have at least one (rechargeable) battery 123 and at least one electric motor 124, which may also be operated as a generator, and at least one control unit 125.
  • the battery 123 may also be a battery. It is in particular conceivable to arrange the battery 123, for example in modules, within the body frame of the semitrailer 100, preferably in front of the axles 111, 112, 113, in order thus to save space.
  • the sensors 122, the battery 123, the electric motor 124 and the control unit 125 are electrically connected to each other and form an electric drive system.
  • the semi-trailer 100 may include one or more sensors mechanically connected to the kingpin 121.
  • the senor or sensors are mounted directly on the kingpin 121 or in its vicinity.
  • the sensor 122 is shown, which is exemplarily mounted on an upper side 132 (see FIGS. 6 and 7) of the kingpin 121 in FIG.
  • strains or forces occurring on the kingpin 121 can be measured while the semitrailer 100 is running. Become Measured voltages, the resulting forces can be determined from the measured strains.
  • force measurement or “measured forces” refers to both the direct measurement of a force and the determination of a force from measured strains.
  • the values of the measured forces or measured strains can be forwarded by means of sensor signals to the control unit 125, which is supplied with energy by the battery 123, for example, and evaluates the incoming sensor signals of the sensor 122.
  • the control unit 125 can control the electric motor 124 of the signals as a function of the sensor signals (and possibly further parameters).
  • the control unit 125 can determine based on the sensor signals, for example, a driving condition of the semitrailer 100 (or the driving state of the semitrailer 100 in combination with any towing vehicle) and possibly adjust with predefined limits and control the electric motor 124 depending on the determined driving condition.
  • the electric motor 124 may be mechanically connected to at least one wheel or at least one axle of the semitrailer 100 and configured to exert a drive torque or a braking torque on the wheel or axle of the semitrailer 100.
  • the electric motor 124 may be a wheel hub motor mounted on at least one wheel of the semitrailer 100 and driving the wheel directly. In practice, in the case of wheel hub motors, both wheels of one axle are driven.
  • the electric motor 124 may also be mechanically connected to an axle of the semitrailer 100 via a transmission. In this arrangement, the electric motor 124 may accelerate or decelerate an axle of the semitrailer 100.
  • the forces that are transmitted in the coupled state of the tractor 200 on the kingpin 121 can lie in the plane 2 (see Fig. 1, level 2 parallel to the bottom 102 of the semitrailer) and for the operation of the semitrailer 100th can be assumed at kingpin 121 approximately a planar force system in the plane 2.
  • an exemplary semi-trailer 100 is shown, which is coupled to a tractor 200.
  • the coupled state also represents the intended operating state of the semitrailer 100 during the journey.
  • the tractor 200 may have two or more axles.
  • the kingpin 121 is in the coupled state of the semi-trailer 100 in engagement with a fifth wheel plate 210 (see Figure 3), which is attached to the rear of the tractor 200.
  • the resulting connection between the fifth wheel plate 210 and the kingpin 121 transmits the forces occurring during operation between the tractor 200 and the semitrailer 100. Consequently, in particular the kingpin 121 is a heavily loaded in operation of the team component.
  • the illustrated combination of tractor 200 and semitrailer 100 is also referred to as semitrailer 300.
  • a forward direction v is shown in FIG.
  • the forward direction of travel v of the tractor 200 thus does not correspond in each driving condition of the semitrailer 300 of the forward direction of the semitrailer 100.
  • cornering of the semitrailer 300 is the forward direction v of the tractor 200 deviate from the forward direction of the semitrailer 100.
  • FIG 3 is a side view of an example of a fifth wheel 210 is shown.
  • the fifth wheel 210 may include a mounting plate 211 and a bearing surface 212.
  • the mounting plate 211 is used for fastening the fifth wheel plate 210 on the tractor 200.
  • the embarkiagefiumblee 212 may be rotatably mounted about an axis 213 to the mounting plate 211.
  • the axis 213 may be an axis which is transverse to the forward direction v and simultaneously parallel to the mounting plate 211. On the Aufiagefiumblee 212 comes in the coupled state, the bottom 102 of the semi-trailer 100 to lie.
  • fifth wheel plate 210 may be rotatable about a further axis. This further axis can are perpendicular to the axis 213 and extend in the same plane as the axis 213. Compared to the fifth wheel plate 210, this fifth wheel plate has an additional degree of freedom.
  • a saddle plate is also referred to as a gimbal mounted saddle plate.
  • FIG. 4 shows the fifth wheel plate 210 from FIG. 3 in a plan view of the support surface 212.
  • the kingpin 121 is also shown during insertion into the saddle plate 210.
  • a wear ring 214 is shown in addition to a lever mechanism 230 for opening and locking a closure claw 215 of the fifth wheel plate 210.
  • the kingpin 121 is rotatably mounted in the coupled state in the wear ring 214 and the kingpin 121 can turn when cornering in the wear ring 214.
  • the wear ring 214 may be made of metal or a plastic, for example. The forces occurring during the journey between semi-trailer 100 and tractor 200 are transmitted from the kingpin 121 on the wear ring 214 and vice versa.
  • FIG. 5 shows the kingpin 121 in a plan view starting from the trailer 100.
  • two straight lines 3 and 4 are shown (symmetry axes).
  • the forces that can occur at the kingpin while driving, can be broken down into force components whose direction of action lie on the straight lines 3 and 4.
  • the straight lines 3 and 4 lie in the plane 2 (see Fig. 1). Consequently, the forces occurring in plane 2 on the kingpin 121 can each be decomposed into a force component along the straight line 3 and into a force component along the straight line 4.
  • the straight line 3 can run parallel to a longitudinal axis 10 (see FIGS. 9-13) of the semitrailer 100, the straight line 4 correspondingly parallel to a transverse axis of the semitrailer.
  • the sensor 122 or the sensors may be mounted on the kingpin 121 or in its vicinity and be mechanically connected thereto.
  • the sensors may be configured to measure those forces in plane 2 that act on the kingpin during travel of the semitrailer 100. Based on the measured forces in the plane 2, a driving condition of the semitrailer 300 can be determined. It can For example, be determined whether the semitrailer 300 is in straight travel or cornering and / or whether the semitrailer 300 moves at a constant speed or is accelerated.
  • Figure 6 shows a side view of an example of a kingpin 121 having a bottom 131, the top 132 and a peripheral around the kingpin 121 groove 133.
  • the kingpin 121 may also have a shaft 134 and an adapter plate 135.
  • This is a (usually integral) component of the kingpin (i.e., stem 134 and adapter plate 135 are one piece) and serves, similar to a flange, for securing the kingpin to the body 103 (e.g., the aforementioned receiving plate) of the trailer.
  • the kingpin 121 may include one or more sensors 140, 141 and 142. These sensors 140, 141 and 142 may be radially evenly distributed around the shaft 134 and mechanically connected to the shaft 134. In the example of FIG. 6, four sensors may be attached to the shaft 134, the first and second sensors
  • the sensors 140, 141 and 142 may for example be strain gauges (DMS), which are mounted on the shaft 134 such that their greatest sensitivity extends to expansions parallel to a longitudinal axis 5 of the kingpin 121.
  • the sensor or sensors 140, 141 or 142 may be glued to the shaft 134, for example.
  • the shaft 134 may also be provided with grooves in which the sensors can be inserted and glued.
  • FIG. 7 shows the kingpin 121 in a side view according to another embodiment.
  • Fig. 8 is a corresponding plan view.
  • the kingpin 121 is the same except for the type and positioning of the sensors as in the previous example.
  • the sensors used are sensitive to pressure.
  • at least sensors 150, 151, 152 or 153 can be attached to a surface (peripheral surface) of the adapter plate 135 which extends radially around the axis 5.
  • the sensors 150, 152, 151 and 153 are arranged offset by an angle of 90 ° about the axis 5.
  • the sensors 150, 151, 152 and 153 are, as mentioned, sensitive to pressure forces and can be, for example, piezoelectric sensors.
  • an external force in the plane 2 is applied to the kingpin 121 (e.g., when the towing vehicle is accelerating, decelerating, or turning into a curve)
  • pressure forces are applied to the sensors 150, 151, 152, and 153, depending on the direction of the external force.
  • the sensor signals can be sent to the control unit 125 for evaluation.
  • the sensors attached to the kingpin 121 may, for example, also be load cells or a combination of the already mentioned sensors.
  • the sensors can both be mounted directly on the kingpin 121 and mechanically communicate with the kingpin 121.
  • Fig. 9a illustrates another example of a kingpin 121 including sensors for force measurement.
  • the shown kingpin 121 substantially corresponds to the example from FIG. 7, wherein at least two measuring washers 160, 161, 162, and 163 (load washers), which are adapted to apply the biasing forces FBO, are used as force sensors (four in the present example).
  • the respective screws are denoted by 170, 171, 172 and 173 (screw 173 and measuring washer 163 are concealed and not shown in Fig.
  • two measuring washers are always placed opposite each other with respect to the kingpin. net, so you can get a redundant signal for each pair of washers.
  • a measuring washer can be used for each of the screws. In this case, eight measuring washers are provided. The measuring washers can absorb axially acting forces, and thus measure preload force and in particular changes in the preload force of the respective screw connection.
  • a force FA which acts on the kingpin 121 and causes a bending moment in this.
  • the bending moment results in a change of the biasing forces FBO, FBI, FB2 and FB3, which can be detected with the measuring washers 160, 161, 162, and 163.
  • the signals from the measuring washers correlate with the driving situations of the trailer and thus allow conclusions about the driving condition of tractor and trailer.
  • the signals of the measuring washers are sent to the control unit 125 in order to be able to control and regulate the drive of the trailer.
  • FIG. 9b shows another example of a kingpin 121 with measuring washers 180, 181, 182, 183 for force measurement.
  • the measuring washers 180-183 of FIG. 9b are not arranged between the plate 135 of the kingpin 121 and the head of the respective screw, but above the kingpin 121.
  • elongate screws 190, 191, 192, 193 are used for fastening the kingpin 121 to the semitrailer 100.
  • the length of the screws 190, 191, 192, 193 is selected such that they pass through a lower part or body 103 (eg the aforementioned receiving plate) of the semi-trailer 100.
  • the measuring washers 180, 181, 182, 183 are then Tels the screws 190, 191, 192, 193 attached so that they are arranged between the receiving plate 103 of the semitrailer 100 and the respective nuts 195, 196, 197, 198.
  • a simple and secure installation of the measuring washers is achieved.
  • an insert may be used to provide a flat surface around the kingpin and, in particular, to ensure a level mounting of the measuring washers.
  • the measuring washers 180, 181, 182, 183 are clamped by tightening the associated nuts 195, 196, 197, 198, whereby a measurable biasing force is applied to the measuring washers 180, 181, 182, 183.
  • This biasing force varies according to the current driving condition of tractor 200 and trailer 100.
  • the extended screws 190, 191, 192, 193 are threaded through through holes L of the receiving plate 103 (and the adapter plate 135).
  • the through-holes in the receiving plate 103 have no internal thread. Additionally or alternatively, the screws may be unthreaded in those areas which are in the through holes in the assembled state (the screw connections are countered by the nuts anyway).
  • Measuring washers can be connected either by cable or radio to the electronics. However, preference is given to measuring washers with cable, because they ensure a better and safer signal.
  • the cable may be an already existing cable channel within the frame of the semi-trailer 100 may be used, which may be provided for transmitting signals from the tractor 200 or the semi-trailer 100.
  • FIGS. 9a and 9b can be combined. This means that both above the kingpin 121 (ie above the receiving plate 102) and below the adapter plate 135 of the kingpin 121, one or more measuring subassemblies may be used. be arranged washers, which are biased by one or more screw.
  • the measuring washers above the kingpin can bring significant benefits.
  • the measuring washers are not attached directly to the kingpin, but lie inside the trailer above the receiving plate 103 of the trailer body. A mechanical stress on the sensors as would be the case, for example, when using strain gauges on the shaft of the king pin is avoided.
  • an inertial navigation system (inertial navigation system, inertial navigation system) can also be used.
  • Such an inertial navigation system may include various sensors for measuring inertial forces.
  • the central measuring unit of an inertial navigation system is usually referred to as an inertial measuring unit (IMU) 126, which is designed to measure accelerations and yaw rates.
  • the IMU 126 may be configured as a gyroscopic platform, which typically includes an electrically driven, gimbal-mounted gyroscope.
  • the gyro platform has angle sensors which are designed to measure the orientation of the gyro axis.
  • Such gyro platforms are known per se and are therefore not further explained.
  • gyro platforms without mechanical parts are known (laser gyroscope).
  • MEMS micro-electro-mechanical systems
  • IMUs IMUs
  • the IMU 126 may detect at least one rotation or translation of the semitrailer 100 in at least one spatial direction (ie, translational or rotational accelerations). That is, IMUs measure accelerations, which can then be converted by integrating them into velocities and position changes (or angular velocities and angle changes). The IMU 126 can also perform rotations and translations of the semitrailer 100 in all three spatial conditions. capture directions. With the aid of the inertial measuring unit 126, speeds and accelerations of the saturated runner 100 can be detected. The inertial measurement unit 126 may be electrically connected to the control unit 125 and the battery 123, and the acquired data may be passed to the control unit 125 via signals.
  • ie, translational or rotational accelerations ie, translational or rotational accelerations. That is, IMUs measure accelerations, which can then be converted by integrating them into velocities and position changes (or angular velocities and angle changes).
  • the IMU 126 can also perform rotations and translation
  • the data acquired by the IMU 126 may also be evaluated by the control unit 125 and used to determine the driving condition of the semitrailer 300 by the control unit 125 (instead of or in addition to the sensors disposed on the kingpin).
  • a force measurement on the kingpin is not absolutely necessary.
  • the trailer must not necessarily be a semi-trailer, but the concept described here can also be applied to any trailer.
  • signals / measurement data for detecting the respective driving condition of the trailer or the semitrailer other signals can be used, for example, signals from the standardized fleet management system "(FMS- ), And / or signals from speed sensors on the wheels of the trailer 100.
  • the FMS standard is used among others by most of the major European manufacturers of heavy duty vehicles (since 2002) Network protocol SAE J1939 coded, which is also used on the CAN bus.
  • the semi-trailer is described in more detail with auxiliary drive.
  • an example of a method for operating this semitrailer 100 will be described by way of example. If the control unit 125 determines on the basis of the measured forces or on the measured strains on the kingpin 121 (and possibly on the basis of the data supplied by the IMU and / or further data) that the semitrailer 300 is in a straight-ahead driving and the traction vehicle 200 simultaneously accelerates ( ie driving state "straight ahead, accelerated"), the control unit 125 can operate the electric motor 124 in the engine mode (if the battery is sufficiently charged).
  • the wheels or an axle of the semi-trailer 100 are driven by the electric motor 124 in a predefined manner driven and the acceleration of the semitrailer 300 supported by the auxiliary drive in the semitrailer 100. If the control unit 125 determines from the measured forces or from the measured strains on the kingpin 121 (and possibly based on the data supplied by the IMU) that the semitrailer is cornering and not decelerating, the electric motor can be switched, for example, in idle ,
  • the control unit 125 can operate the electric motor 124 in the generator mode. Thereby, the delay of the semitrailer 300 is supported by the tractor 200 from the auxiliary drive of the semitrailer 100.
  • electric power can be fed to the battery 123 (recuperation).
  • a large part of the braking energy can be recuperated and fed into the battery 123.
  • control unit 125 can also evaluate a brake signal transmitted from the tractor to the semitrailer (which is also used, for example, to control the brake lights) to determine the driving condition (eg "straight ahead, braked” or “cornering, braked ").
  • a brake signal transmitted from the tractor to the semitrailer which is also used, for example, to control the brake lights
  • the driving condition eg "straight ahead, braked” or “cornering, braked ").
  • the electric motor 124 can be controlled by the control unit 125 so that it is freewheeled (for example, independent of the acceleration in the longitudinal direction). When freewheeling, the electric motor 124, apart from low (and dependent on the specific design) idling torque no torques on the wheels or the axle of the semitrailer 100. The same applies if the control unit 125 based on the signals of the sensors (eg force sensors on kingpin, IMU, brake signal from the tractor) determines a critical driving condition.
  • the sensors eg force sensors on kingpin, IMU, brake signal from the tractor
  • the control unit 125 can be configured be that a calibration of the force sensors can be performed manually or automatically. This makes it possible, for example, to compensate for an offset value of the sensor signals and thereby compensate for slight plastic deformations in the area of the kingpin 121. In some situations, the kingpin 121 may have been slightly plastically deformed by improper docking of the semi-trailer 100 and tractor 200. An offset in the sensor signals could be interpreted by the controller 125 as causing the tractor-trailer 300 to accelerate even though it is stationary and no tension between the semi-trailer 100 and the tractor 200 occurs.
  • the sensors may be calibrated via the control unit 125 and the measurement results resulting from the plastic deformation of the kingpin 121 may be eliminated or eliminated by the control unit 125. This means that deterministic, systematic measurement errors caused by plastic deformation are compensated.
  • control unit 125 can detect a braking operation on a brake signal, which is also used to control the brake lights.
  • the control unit 125 may also be information from an ABS or ESP control unit, information of a steering angle sensor, information a current pedal position, information from the transmission, in particular on the currently selected or preselected gear or a combination of this information.
  • a driver of the semitrailer 300 via an input module, which is connected via radio or via cable to the control unit 125, makes adjustments to the control unit 125 and thus has a direct influence on the control of the electric motor 124.
  • the driver can adjust the response of the control unit 125 to the measured forces or strains in this way.
  • the driver may manually switch the electric motor to the generator mode and to the idle mode.
  • the driver could similarly activate and deactivate generator operation as well as manually activate and deactivate a retarder.
  • difficult road HF such as moisture, ice or snow
  • the driver can use the electric motor 124 in the semi-trailer 100 as a traction aid, especially when starting.
  • the control unit 125 may also be fed information about a driving condition of the semitrailer 100.
  • a brake light signal or a return light signal of the semitrailer 100 can be fed to the control unit 125 and processed by the control unit 125.
  • the additional information can also be included in the evaluation by the control unit 125 and influence the evaluation result, on the basis of which the electric motor 124 is controlled.
  • the signals from the tractor 200 or the semi-trailer 100 can be transmitted to the control unit 125 of the semitrailer 100, for example, via radio or via electrical (cable) connections.
  • the semitrailer tractor 300 shown has a tractor 200 with a longitudinal axis 11 and a semi-trailer 100 with the longitudinal axis 10.
  • the semi-trailer 100 is coupled to the tractor via the kingpin 121.
  • FIG. 10 shows the forces FA and FB.
  • the force FB counteracts the direction of travel of the semitrailer 300 and corresponds to that force which is introduced from the semitrailer 100 to the fifth wheel 210. In other words, the force FB represents the load to be pulled by the tractor 200.
  • the force FA acts in the direction of travel and is the force that is introduced by the tractor 200 in the kingpin 121.
  • the force FB represents the sum of all forces exerted by the semitrailer 100 on the tractor 200 (caused, for example, by rolling resistance and aerodynamic resistance of the semitrailer 100).
  • the force FA represents the sum of all forces exerted on the semitrailer 100 by the tractor 200 (eg, driving force of the engine less losses due to rolling and aerodynamic drag of the tractor 200).
  • the control unit 125 can control the electric motor 124 in such a way that the electric motor 124 is operated, for example, in freewheeling mode. Alternatively (eg due to manual control by the driver), the electric motor 124 may also be operated by the control unit 125 in drive mode or in generator mode (eg for charging the battery).
  • FIG. 11 is substantially identical to FIG. 9, but the indicated forces FA and FB represent a situation in which the tractor 200 accelerates the tractor-trailer 300.
  • This resulting force can be measured by means of the kingpin arranged force sensors.
  • an acceleration (a> 0) in the forward direction is detected.
  • This driving condition (tractor accelerated) may be detected by the control unit 125 based on the sensor signals (from the kingpin force sensors, the IMU, etc.), and the controller 125 may (with sufficient battery charge) apply the electric motor 124 (see FIG. 2) in engine operation to drive the semitrailer 100 over the wheels (eg on the axle 112) and thus reduce the load to be pulled by the tractor (represented by the force FB).
  • Figure 12 is substantially identical to Fig. 9, however, represent the indicated forces FA and FB a situation in which the tractor 200 brakes the semitrailer 300 (eg to keep the speed on a downhill).
  • the semitrailer 100 would push the tractor due to its inertia forces. That is, the force FA acts counter to the direction of travel (from the tractor 200 to the semi-trailer 100) and the force FB acts in the direction of travel (from the semi-trailer 100 to the tractor 200).
  • the amount of power depends, of course, on how much the semitrailer 200 itself is braked.
  • This driving condition eg downhill descent, brake
  • This driving condition can be detected based on the sensor signals from the control unit 125.
  • An IMU can, for example, measure negative acceleration (deceleration) or an inclination of the semitrailer. For example, based on the measured inclination, a downhill run can easily be detected.
  • a simple tilt sensor could be included in the controller 125 (or located elsewhere in the semitrailer).
  • An active braking can be determined, for example, via a brake signal transmitted to the trailer from the tractor, which is also used for switching on and off the brake lights.
  • the control unit 125 can operate the electric motor in the generator mode and store the generated electrical energy, for example, in the battery.
  • the electric load of the generator could be controlled electronically so that the braking force caused by the electric motor 124 (in generator mode) is so great that the force FB becomes as small as possible.
  • Figure 13 is substantially identical to Fig. 9. In Fig. 13, however, the forces are not shown in the longitudinal direction of the semi-trailer 100 but the angle ⁇ drawn from the longitudinal axis 10 of the semi-trailer 100 and the longitudinal axis 11 of the tractor 200 is included. When driving straight ahead of the semitrailer 300, the angle ⁇ is substantially 180 °.
  • the lateral force FT drawn in Fig. 13 is substantially zero at an angle ⁇ of 180 ° (i.e., straight ahead).
  • the tractor 200 To pull the semi-trailer 100 around the curve, the tractor 200 must exert a lateral force FT normal to the longitudinal axis 10 of the semi-trailer 100.
  • This lateral force FT can eg are measured by the arranged on the kingpin 121 force sensors. Additionally or alternatively, transverse accelerations (or velocities in the transverse direction) may also be measured and processed by the IMU in a manner similar to the sensor signals of the kingpin force sensors.
  • the control unit 125 may then detect cornering based on the sensor signals or other measurement data (eg, when the lateral force FT or a corresponding lateral acceleration exceeds a predefined threshold) and, in response, switch the electric motor 124 to idle or generator mode , As a result, it can be prevented, for example, that the electric motor 124 pushes the semitrailer 100 out of the curve during engine operation in the curve.

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Abstract

Es wird ein Anhänger für ein Fahrzeug beschrieben. Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist der Anhänger mindestens einen Sensor auf, der dazu ausgebildet ist, direkt oder indirekt eine auf den Anhänger wirkende Kraft zu messen. Der Anhänger weist weiter einen Elektromotor auf, der mit mindestens einem Rad des Anhängers gekoppelt ist. Eine Steuereinheit ist dazu ausgebildet, den Elektromotor anzusteuern. Dabei wird basierend auf von dem zumindest einen Sensor ermittelten Daten ein Fahrzustand des Anhängers ermittelt, und abhängig von dem ermittelten Fahrzustand wird der Elektromotor im Motorbetrieb, im Generatorbetrieb oder in einem Leerlaufbetrieb betrieben.

Description

ANHÄNGER MIT HILFSANTRIEB
TECHNISCHES GEBIET
[0001] Die vorliegende Beschreibung betrifft einen Anhänger, insbesondere einen Sattelauflieger (semi-trailer) mit Hilfsantrieb sowie ein Verfahren zum Betrieb dieses Anhängers.
HINTERGUND
[0002] Ein Großteil der Waren wird im modernen Güterverkehr unmittelbar oder mittelbar über Straßen zum Endverbraucher geliefert. Zu diesem Zweck ist eine große Anzahl an Lastwägen notwendig, die eine große Menge an Kraftstoff verbrauchen und die Umwelt mit Abgasen belasten. Außerdem herrscht im modernen Güterverkehr ein hoher Preisdruck, der die Spediteure dazu zwingt, Kosten für den Betrieb ihrer Flotte einzusparen und gleichzeitig die Flexibilität der Flotte zu erhöhen. Deshalb werden für den Güterverkehr in zunehmenden Maße kraftstoffsparende Lastwägen eingesetzt, die gleichzeitig mit modernen Abgasreinigungssystemen ausgestattet sind. Leider werden die Fortschritte, die im Bereich der Effizienz von Lastwägen mit Verbrennungsmotoren erzielt werden können, immer kleiner. Insbesondere die Effizienz von Sattelzugmaschinen ist bereits auf einem sehr hohen Niveau angelangt und es können in der Zukunft und auf Basis von Verbrennungsmotoren nur noch moderate Verbesserungen erzielt werden. Ausgenommen davon sind Entwicklungen im Bereich der Elektromobilität für Sattelzugmaschinen, die jedoch aufgrund einer geringen Reichweite bisher im Fernverkehr noch nicht mit Nachdruck vorangetrieben wurde. Die bisherigen Bestrebungen in Sachen Elektromobilität beschränken sich außerdem weitgehend auf den Bereich von Sattelzugmaschinen. Hingegen wurden Modifikationen an den Sattelaufliegern bisher nicht ausreichend in Betracht gezogen.
[0003] Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe kann also darin gesehen werden, die Effizienz von Anhängern zu steigern und diese dadurch preiswerter und umweltschonender zu betreiben. ZUSAMMENFASSUNG
[0004] Die oben genannte Aufgabe wird durch einen Anhänger gemäß den Ansprüchen 1 und 8 sowie durch ein Verfahren gemäß Anspruch 21 gelöst. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele und Weiterentwicklungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
[0005] Es wird ein Anhänger zur Ankopplung an einer Zugmaschine beschrieben. Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist der Anhänger einen Königszapfen, der durch eine Schraub Verbindung mit einer Karosserie des Anhängers verbunden ist, und mindestens eine Messunterlegscheibe auf, die mit dem Königszapfen gekoppelt und dazu ausgebildet ist, eine Vorspannkraft und/oder eine Veränderung der Vorspannkraft der Schraubverbindung zu messen.
[0006] Es wird ein Anhänger für ein Fahrzeug beschrieben. Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist der Anhänger mindestens einen Sensor auf, der dazu ausgebildet ist, direkt oder indirekt eine auf den Anhänger wirkende Kraft und/oder deren Veränderung zu messen. Der Anhänger weist weiter einen Elektromotor auf, der mit mindestens einem Rad des Anhängers gekoppelt ist. Eine Steuereinheit ist dazu ausgebildet, den Elektromotor anzusteuern. Dabei wird basierend auf von dem zumindest einen Sensor ermittelten Daten ein Fahrzustand des Anhängers ermittelt, und abhängig von dem ermittelten Fahrzustand wird der Elektromotor im Motorbetrieb, im Generatorbetrieb oder in einem Leerlaufbetrieb (oder mechanisch entkoppelt mit den Rädern) betrieben.
[0007] Des Weiteren wird ein Sattelauflieger mit Hilfsantrieb beschrieben. Gemäß einem Ausführungbeispiel umfasst der Sattelauflieger einen Königszapfen, der mechanisch mit einer Karosserie des Sattelaufliegers verbunden ist, zumindest einen Sensor, der mit dem Königszapfen gekoppelt und dazu ausgebildet ist, auf den Königszapfen einwirkende Kräfte zu ermitteln, und einen Elektromotor, der mit mindestens einem Rad des Sattelaufliegers gekoppelt ist. Eine Steuereinheit ist dazu ausgebildet, den Elektromotor anzusteuern, basierend auf von dem zumindest einen Sensor ermittelten Daten, einen Fahrzustand des Sattelaufliegers zu ermitteln, und abhängig von dem er- mittelten Fahrzustand den Elektromotor im Motorbetrieb, im Generatorbetrieb oder in einem Leerlaufbetrieb zu betreiben.
[0008] Schließlich wird ein Verfahren beschrieben, das gemäß einem Ausführungsbeispiel folgendes umfasst: ein direktes oder indirektes Messen von mindestens einer Kraft, die auf einen Anhänger wirkt, und das Ermitteln eines Fahrzustandes des Anhängers abhängig von der gemessenen Kraft. Ein mit einem Rad des Anhängers gekoppelter Elektromotors wird derart angesteuert, dass abhängig von dem ermittelten Fahrzustand der Elektromotor im Motorbetrieb, im Generatorbetrieb oder in einem Leerlaufbetrieb betrieben wird.
[0009] Es wird auch ein Anhänger zur Ankopplung an einer Zugmaschine beschrieben mit einem Königszapfen, der durch eine Schraub Verbindung mit einer Karosserie des Anhängers verbunden ist, und mit mindestens einer Messunterlegscheibe, die mit dem Königszapfen gekoppelt und dazu ausgebildet ist, eine Vorspannkraft (oder eine Veränderung der Vorspannkraft) der Schraub Verbindung zu messen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ABBILDUNGEN
[0010] Verschiedene Ausführungsbeisppiele werden nachfolgend anhand von den in den Figuren dargestellten Beispielen näher erläutert. Die Darstellungen sind nicht zwangsläufig maßstabsgetreu und die folgende Beschreibung beschränkt sich nicht nur auf die dargestellten Ausführungsbeispiele und Aspekte. Vielmehr wird Wert darauf gelegt, die den Ausführungsbeispielen zugrunde liegenden Prinzipien darzustellen. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Komponenten mit gleicher bzw. ähnlicher Bedeutung bzw. Funktion. Zu den Abbildungen:
[0011] Figur 1 zeigt ein Beispiel eines Sattelauflieger in einer Seitenansicht.
[0012] Figur 2 zeigt exemplarisch einen Sattelzug mit einem Sattelauflieger gemäß Figur 1 in einer Seitenansicht.
[0013] Figur 3 zeigt eine ein Beispiel einer Sattelplatte für eine Sattelzugmaschine in einer Seitenansicht. [0014] Figur 4 zeigt die Sattelplatte aus Fig. 3 in einer Draufsicht.
[0015] Figur 5 zeigt ein Beispiel eines Königszapfens eines Sattelaufliegers in einer Draufsicht.
[0016] Figur 6 zeigt ein weiteres Beispiel eines Königszapfens in einer Seitenansicht.
[0017] Figur 7 zeigt ein weiteres Beispiel eines Königszapfens in einer Seitenansicht.
[0018] Figur 8 zeigt den Königszapfen gemäß Figur 7 in einer Draufsicht.
[0019] Figur 9a zeigt ein weiteres Beispiel eines Königszapfens in einer Seitenansicht.
[0020] Figur 9b zeigt noch ein weiteres Beispiel eines Königszapfens in einer Seitenansicht.
[0021] Figur 10 illustriert exemplarisch die am Königszapfen bei konstanter Geschwindigkeit auftretenden Kräfte.
[0022] Figur 11 illustriert exemplarisch die am Königszapfen bei größer werdender Geschwindigkeit (Beschleunigung) auftretenden Kräfte.
[0023] Figur 12 illustriert exemplarisch die am Königszapfen bei kleiner werdender Geschwindigkeit (Verzögerung) auftretenden Kräfte.
[0024] Figur 13 illustriert exemplarisch einen Sattelzug bei Geradeausfahrt in einer Draufsicht.
[0025] Figur 14 illustriert exemplarisch einen Sattelzug bei Kurvenfahrt in einer Draufsicht. DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
[0026] Figur 1 zeigt exemplarisch eine Seitenansicht eines Sattelaufliegers 100, der eine oder mehrere Achsen aufweisen kann. In vorliegenden Beispiel weist der Sattelauflieger die drei die Achsen 111, 112 und 113 auf. Der Sattelauflieger 100 ist in abgekoppeltem Zustand (das heißt ohne Zugmaschine) dargestellt und steht, abgestützt durch eine Stütze 101, auf einer beispielsweise ebenen Fläche 1. Um eine Verbindung mit der Zugmaschine zu ermöglichen kann der Sattelaufiieger 100 einen Königszapfen 121 (auch als Königsbolzen oder Zugsattelzapfen bezeichnet) sowie einen Aufnahmeteller (d.h. eine mit der Karosserie des Anhängers starr verbundene Montageplatte, an der der Königszapfen z.B. mittels Schrauben befestigt werden kann) aufweisen. Der Königszapfen 121 ist an einer Unterseite 102 des Sattelaufliegers 100 angeordnet (an dem Aufnahmeteller befestigt). Der Aufnahmeteller kann z.B. in die Karosserie des Anhängers eingeschweißt werden und somit auch als Teil der Karosserie des Anhängers betrachtet werden.
[0027] Der Sattelaufiieger 100 kann zumindest eine (wiederaufiadbare) Batterie 123 und zumindest einen Elektromotor 124, der auch als Generator betrieben werden kann, sowie zumindest eine Steuereinheit 125 aufweisen. Die Batterie 123 kann auch ein Akku sein. Es ist insbesondere denkbar, die Batterie 123, zum Beispiel in Modulen, innerhalb des Karosserierahmens des Sattelaufliegers 100, vorzugsweise vor den Achsen 111, 112, 113, anzuordnen, um somit Platz zu sparen. Die Sensoren 122, die Batterie 123, der Elektromotor 124 und die Steuereinheit 125 sind elektrisch miteinander verbunden sein und bilden ein elektrisches Antriebssystem. Der Sattelaufiieger 100 kann einen oder mehrere Sensoren aufweisen, die mit dem Königszapfen 121 mechanisch in Verbindung stehen. Darunter kann verstanden werden, dass der oder die Sensoren beispielsweise direkt am Königszapfen 121 oder in dessen Nähe angebracht sind. Im dargestellten Beispiel ist stellvertretend für den ein oder die mehreren Sensoren der Sensor 122 dargestellt, der in Figur 1 exemplarisch auf einer Oberseite 132 (siehe Figuren 6 und 7) des Königszapfens 121 angebracht ist.
[0028] Über den Sensor 122 können am Königszapfen 121 auftretende Dehnungen oder Kräfte während der Fahrt des Sattelaufliegers 100 gemessen werden. Werden Deh- nungen gemessen, so können aus den gemessenen Dehnungen die auftretenden Kräfte ermittelt werden. Wird im Folgenden von Kraftmessung oder gemessenen Kräften gesprochen, so kann darunter sowohl die direkte Messung einer Kraft als auch die Ermittlung einer Kraft aus gemessenen Dehnungen verstanden werden. Die Werte der gemessenen Kräfte oder gemessenen Dehnungen können mithilfe von Sensorsignalen an die Steuereinheit 125 weitergegeben werden, die z.B. von der Batterie 123 mit Energie versorgt wird und die eingehenden Sensorsignale des Sensors 122 auswertet. Die Steuereinheit 125 kann abhängig von den Sensorsignalen (und ggf. weiteren Parametern) den Elektromotor 124 der Signale ansteuern. Die Steuereinheit 125 kann basierend auf den Sensorsignalen z.B. einen Fahrzustand des Sattelaufliegers 100 (bzw. den Fahrzustand des Sattelaufliegers 100 in Kombination mit einem beliebigem Zugfahrzeug) ermitteln und gegebenenfalls mit vordefinierten Grenzwerten abgleichen und den Elektromotor 124 abhängig von dem ermittelten Fahrzustand ansteuern.
[0029] Der Elektromotor 124 kann mit zumindest einem Rad oder zumindest einer Achse des Sattelaufliegers 100 mechanisch verbunden sein und dazu ausgebildet sein, ein Antriebsmoment oder ein Bremsmoment auf das Rad oder die Achse des Sattelaufliegers 100 auszuüben. Beispielsweise kann der Elektromotor 124 ein Radnabenmotor sein, der an zumindest einem Rad des Sattelaufliegers 100 angebracht ist und das Rad direkt antreibt. In der Praxis werden im Fall von Radnabenmotoren beide Räder einer Achse angetrieben. In einem weiteren Beispiel kann der Elektromotor 124 auch über ein Getriebe mechanisch mit einer Achse des Sattelaufliegers 100 verbunden sein. In dieser Anordnung kann der Elektromotor 124 eine Achse des Sattelaufliegers 100 beschleunigen oder abbremsen.
[0030] Die auftretenden Kräfte, die im angekoppelten Zustand von der Zugmaschine 200 auf den Königszapfen 121 übertragen werden, können in der Ebene 2 (siehe Fig. 1, Ebene 2 parallel zur Unterseite 102 des Sattelaufliegers) liegen und für den Betrieb des Sattelaufliegers 100 kann am Königszapfen 121 näherungsweise ein ebenes Kraftsystem in der Ebene 2 angenommen werden. [0031] In Figur 2 ist ein beispielhafter Sattelaufiieger 100 dargestellt, der an eine Zugmaschine 200 angekoppelt ist. Der angekoppelte Zustand stellt auch den vorgesehenen Betriebszustand des Sattelaufliegers 100 während der Fahrt dar. Die Zugmaschine 200 kann zwei oder mehrere Achsen aufweisen. Der Königszapfen 121 ist in angekoppeltem Zustand des Sattelaufliegers 100 im Eingriff mit einer Sattelplatte 210 (siehe Figur 3), die am Heck der Zugmaschine 200 angebracht ist. Die dadurch entstehende Verbindung zwischen Sattelplatte 210 und dem Königszapfen 121 überträgt die im Betrieb auftretenden Kräfte zwischen der Zugmaschine 200 und dem Sattelaufiieger 100. Folglich ist insbesondere der Königszapfen 121 ein im Betrieb des Gespanns stark belastetes Bauteil. Die dargestellte Kombination aus Zugmaschine 200 und Sattelaufiieger 100 wird auch als Sattelzug 300 bezeichnet.
[0032] In Figur 2 ist außerdem eine Vorwärtsfahrtrichtung v eingezeichnet. Die Vorwärtsfahrtrichtung v entspricht in dieser und in allen weiteren Abbildungen der Vorwärts fahrtrichtung v der Zugmaschine 200. Die Vorwärtsfahrtrichtung v der Zugmaschine 200 entspricht folglich nicht in jedem Fahrzustand des Sattelzuges 300 der Vorwärtsfahrtrichtung des Sattelaufliegers 100. Insbesondere in Kurvenfahrt des Sattelzuges 300 wird die Vorwärtsfahrtrichtung v der Zugmaschine 200 von der Vorwärtsfahrtrichtung des Sattelaufliegers 100 abweichen.
[0033] In Figur 3 ist eine Seitenansicht eines Beispiels einer Sattelplatte 210 dargestellt. Die Sattelplatte 210 kann eine Montageplatte 211 sowie eine Aufiagefiäche 212 aufweisen. Die Montageplatte 211 dient zur Befestigung der Sattelplatte 210 auf der Zugmaschine 200. Die Aufiagefiäche 212 kann um eine Achse 213 zur Montageplatte 211 drehbar gelagert sein. Die Achse 213 kann eine Achse sein, die quer zur Vorwärtsfahrtrichtung v und gleichzeitig parallel zur Montageplatte 211 liegt. Auf der Aufiagefiäche 212 kommt in angekoppeltem Zustand die Unterseite 102 des Sattelaufliegers 100 zum Liegen. Die drehbare Lagerung der Aufiagefiäche 212 um die Achse 213 dient dazu, Fahrbahnunebenheiten auszugleichen und daraus resultierende Verspannungen in der Verbindung aus Sattelplatte 210 und dem Königszapfen 121 zu minimieren. Gemäß einem weiteren Beispiel kann die Sattelplatte 210 zusätzlich zur Drehbarkeit um die Achse 213 um eine weitere Achse drehbar gelagert sein. Diese weitere Achse kann senkrecht auf der Achse 213 stehen und in der gleichen Ebene wie die Achse 213 verlaufen. Gegenüber der Sattelplatte 210 weist diese Sattelplatte einen zusätzlichen Freiheitgrad auf. Eine derartige Sattelplatte wird auch als kardanisch gelagerte Sattelplatte bezeichnet.
[0034] In Figur 4 ist die Sattelplatte 210 aus Fig. 3 in einer Draufsicht auf die Aufla- gefläche 212 dargestellt. Zur besseren Verständlichkeit ist auch der Königszapfen 121 während des Einführens in die Sattelplatte 210 dargestellt. Neben einem Hebelwerk 230 zum Öffnen und Verriegeln einer Verschlussklaue 215 der Sattelplatte 210 ist ein Verschleißring 214 dargestellt. Der Königszapfen 121 ist in angekoppeltem Zustand im Verschleißring 214 drehbar gelagert und der Königszapfen 121 kann sich bei Kurvenfahrt im Verschleißring 214 drehen. Zu diesem Zweck kann der Verschleißring 214 beispielsweise aus Metall oder einem Kunststoff gefertigt sein. Die während der Fahrt auftretenden Kräfte zwischen Sattelauflieger 100 und Zugmaschine 200 werden vom Königszapfen 121 auf den Verschleißring 214 und umgekehrt übertragen.
[0035] In Figur 5 ist der Königszapfen 121 in einer Draufsicht ausgehend vom Sat- telauflieger 100 dargestellt. Neben dem Königszapfen 121 sind zwei Geraden 3 und 4 gezeigt (Symmetrieachsen). Die Kräfte, die am Königszapfen während der Fahrt auftreten können, können in Kraftkomponenten zerlegt werden, deren Wirkrichtung auf den Geraden 3 und 4 liegen. Im vorliegenden Beispiel liegen die Geraden 3 und 4 in der Ebene 2 (vgl. Fig. 1). Folglich können die in Ebene 2 auftretenden Kräfte am Königszapfen 121 jeweils in eine Kraftkomponente entlang der Gerade 3 und in eine Kraftkomponente entlang der Gerade 4 zerlegt werden. Die Gerade 3 kann parallel zu einer Längsachse 10 (siehe Figuren 9-13) des Sattelaufliegers 100 verlaufen, die Gerade 4 entsprechend parallel zu einer Querachse, des Sattelaufliegers.
[0036] Der Sensor 122 bzw. die Sensoren können am Königszapfen 121 oder in dessen Nähe angebracht sein und mit diesem mechanisch verbunden sein. Die Sensoren können dazu ausgebildet sein, jene Kräfte in der Ebene 2 messen, die während der Fahrt des Sattelaufliegers 100 auf den Königszapfen wirken. Anhand der gemessenen Kräfte in der Ebene 2 kann ein Fahrzustand des Sattelzuges 300 ermittelt werden. Es kann bei- spielsweise ermittelt werden, ob sich der Sattelzug 300 in Geradeausfahrt oder in Kurvenfahrt befindet und/oder ob sich der Sattelzug 300 mit konstanter Geschwindigkeit bewegt oder beschleunigt wird.
[0037] Figur 6 zeigt in einer Seitenansicht ein Beispiel eines Königszapfens 121 mit einer Unterseite 131, der Oberseite 132 und einer um den Königszapfen 121 umlaufenden Nut 133. Der Königszapfen 121 kann außerdem einen Schaft 134 sowie eine Adapterplatte 135 aufweisen. Diese ist ein (in der Regel integraler) Bestandteil des Königszapfen (d.h. Schaft 134 und Adapterplatte 135 sind ein Stück) und dient - ähnlich einem Flansch - zur Befestigung des Königszapfens an der Karossiere 103 (z.B. dem erwähnten Aufnahmeteller) des Anhängers. Im angekoppelten Zustand liegt der Schaft 134 am Verschleißring 214 der Sattelplatte 210 an und die Verschlussklaue 215 der Sattelplatte 210 hält den Königszapfen 121 über dessen Nut 133 zuverlässig in der Sattelplatte 210. Der Königszapfen 121 kann einen oder mehrere Sensoren 140, 141 und 142 aufweisen. Diese Sensoren 140, 141 und 142 können radial gleichmäßig um den Schaft 134 verteilt sein und mechanisch mit dem Schaft 134 verbunden sein. Im Beispiel der Figur 6 können vier Sensoren am Schaft 134 angebracht sein, wobei der erste und zweite Sensor
140 und 141 entlang der Geraden 3 (siehe Fig. 5) am Königszapfen 121 angebracht sein kann und wohingegen der dritte Sensor 142 und der vierte Sensor (nicht dargestellt) entlang der Geraden 4 (siehe Fig. 5) am Königszapfen angebracht sein können.
[0038] Die Sensoren 140, 141 und 142 können beispielsweise Dehnmessstreifen (DMS) sein, die derart am Schaft 134 angebracht sind, dass deren größte Empfindlichkeit auf Dehnungen parallel zu einer Längsachse 5 des Königszapfens 121 verläuft. Der oder die Sensoren 140, 141 oder 142 können beispielsweise auf den Schaft 134 aufgeklebt sein. In einem weiteren Beispiel kann der Schaft 134 auch mit Nuten versehen sein, in denen die Sensoren eingelegt und eingeklebt werden können. Die Sensoren 140,
141 oder 142 sind dadurch von der Reibung zwischen Verschleißring 214 und Schaft 134 weitgehend geschützt. Selbstverständlich müssen die Dehnmesstreifen vor äußeren Einflüssen geschützt werden. [0039] Figur 7 zeigt den Königszapfen 121 in einer Seitenansicht gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Fig. 8 ist eine entsprechende Draufsicht. Der Königszapfen 121 ist abgesehen von der Art und der Positionierung der Sensoren gleich aufgebaut wie im vorherigen Beispiel. Im vorliegenden Beispiel sind die verwendeten Sensoren auf Druck empfindlich. Entsprechend können zumindest Sensoren 150, 151, 152 oder 153 (siehe Fig. Figur 8) an einer um die Achse 5 radial umlaufende Fläche (Umfangsfläche) der Adapterplatte 135 angebracht sein.
[0040] Wie in Fig. 8 dargestellt, sind die Sensoren 150, 152, 151 und 153 jeweils um einen Winkel von 90° versetzt um die Achse 5 angeordnet. Die Sensoren 150, 151, 152 und 153 sind wie erwähnt auf Druckkräfte empfindlich und können beispielsweise Pie- zosensoren sein. Wird eine äußere Kraft in der Ebene 2 auf den Königszapfen 121 ausgeübt (z.B. wenn das Zugfahrzeug beschleunigt, abbremst oder in eine Kurve fährt), so werden je nach Richtung der äußeren Kraft Druckkräfte auf die Sensoren 150, 151, 152 und 153 ausgeübt. Die Sensorsignale können zur Auswertung an die Steuereinheit 125 geleitet werden. Die am Königszapfen 121 angebrachten Sensoren können beispielsweise auch Kraftmessdosen {load cells) oder eine Kombination aus den bereits genannten Sensoren sein. Die Sensoren können sowohl direkt am Königszapfen 121 angebracht sein als auch mechanisch mit dem Königszapfen 121 in Verbindung stehen.
[0041] Fig. 9a illustriert ein weiteres Beispiel eines Königszapfens 121 inklusive Sensorik zur Kraftmessung. Der dargestellte Königszapfen 121 entspricht im Wesentlichen dem Beispiel aus Fig. 7, wobei als Kraftsensoren mindestens zwei (im vorliegenden Beispiel vier) Messunterlegscheiben 160, 161, 162, und 163 {load washers) verwendet werden, welche dazu ausgebildet sind, die Vorspannkräfte FBO, FBI, FB2 und FB3 bzw. deren Veränderung jener Schraub Verbindungen zu messen, welche den Königszapfen 121 mit einer Unterseite (z.B. dem Aufnahmeteller) des Sattelaufliegers 100 verbinden. Die betreffenden Schrauben sind mit 170, 171, 172 und 173 bezeichnet (Schraube 173 und Messunterlegscheibe 163 sind verdeckt und in Fig. 9 nicht dargestellt) und werden von unten geschraubt, nämlich unter der Adapterplatte 135 des Königszapfens 121 und daher unterhalb des Sattelaufliegers 100. Im einem Ausführungsbeispiel sind immer zwei Messunterlegscheiben in Bezug auf den Königszapfen gegenüber angeord- net, so dass man für jedes Paar von Messunterlegscheiben ein redundantes Signal bekommen kann. Obwohl vorliegend nur vier Schrauben 170-173 dargestellt sind, ist es üblich, eine größere Zahl von Schrauben zu verwenden, um den Königszapfen 121 an dem Anhänger sicher zu verbinden, vorzugsweise acht Schrauben. Für jede der Schrauben kann eine Messunterlegscheibe eingesetzt werden. In diesem Fall werden also acht Messunterlegscheiben vorgesehen. Die Messunterlegscheiben können axial wirkende Kräfte aufnehmen, und sie messen somit Vorspannkraft und insbesondere Veränderungen der Vorspannkraft der jeweiligen Schraubenverbindung. Beim Beschleunigen oder Verzögern (Bremsen) wirkt zwischen Sattelauflieger 100 und Zugmaschine 200 eine Kraft FA, die auf den Königszapfen 121 wirkt und in diesem ein Biegemoment bewirkt. Das Biegemoment hat wiederum eine Veränderung der Vorspannkräfte FBO, FBI, FB2 und FB3 zur Folge, die mit den Messunterlegscheiben 160, 161, 162, und 163 detektiert werden können. Die Signale der Messunterlegscheiben korrelieren mit den Fahrsituationen des Anhängers und erlauben somit Rückschlüsse auf den Fahrzustand von Zugmaschine und Anhänger. Durch Messung der Vorspannkräfte der Schraub Verbindungen zwischen Königszapfen und Sattelauflieger kann also eine Beschleunigung und eine Verzögerung des Sattelzuges detektiert werden. Bei genauer Messung kann sogar die Größe der Beschleunigung oder Verzögerung näherungsweise gemessen werden. Die Signale der Messunterlegscheiben werden an die Steuereinheit 125 geleitet, um somit den Antrieb des Trailers steuern und regeln zu können.
[0042] Figur 9b zeigt ein weiteres Beispiel eines Königszapfen 121 mit Messunterlegscheiben 180, 181, 182, 183 zur Kraftmessung. Im Gegensatz zu dem Beispiel der Figur 9a sind aber die Messunterlegscheiben 180-183 der Figur 9b nicht zwischen der Platte 135 des Königszapfens 121 und dem Kopf der jeweiligen Schraube, sondern oberhalb des Königszapfens 121 angeordnet. Dafür werden im Vergleich zu den Schrauben 170, 171, 172, 173 der Figur 9a verlängerte Schrauben 190, 191, 192, 193 zur Befestigung des Königszapfens 121 an dem Sattelauflieger 100 verwendet. Die Länge der Schrauben 190, 191, 192, 193 wird derart ausgewählt, dass diese durch einen unteren Teil oder Karosserie 103 (z.B. den erwähnten Aufnahmeteller) des Sattelauflie- gers 100 durchlaufen. Die Messunterlegscheiben 180, 181, 182, 183 werden dann mit- tels den Schrauben 190, 191, 192, 193 befestigt, so dass sie zwischen dem Aufnahmeteller 103 des Sattelaufliegers 100 und den jeweiligen Schraubenmuttern 195, 196, 197, 198 angeordnet sind. Somit wird eine einfache und sichere Montage der Messunterlegscheiben erreicht. Des Weiteren kann es vorteilhaft sein, einen KArosserierahmen des Satte laufliegers 100 rund um den Königszapfen 121 zu vergrößern, um einen optimalen Platz für sämtliche Messunterlegscheiben zu bieten. Alternativ kann ein Einsatz verwendet werden, um eine ebene Fläche rund um den Königszapfen zu schaffen und insbesondere eine ebene Montieren der Messunterlegscheiben zu gewährleisten.
[0043] Die Messunterlegscheiben 180, 181, 182, 183 werden durch Festziehen der zugehörigen Schraubenmuttern 195, 196, 197, 198 geklemmt, wodurch eine messbare Vorspannkraft auf die Messunterlegscheiben 180, 181, 182, 183 ausgeübt wird. Diese Vorspannkraft variiert gemäß dem aktuellen Fahrzustand von Zugmaschine 200 und Anhänger 100. Bei einer Anordnung gemäß Figur 9b werden die verlängerten Schrauben 190, 191, 192, 193 durch Durchgangslöcher L des Aufnahmetellers 103 (und der Adapterplatte 135) geschraubt. Um höhere Veränderungen in der Vorspannkraft mit den Messunterlegscheiben 180, 181, 182, 183 messen zu können (und somit robustere Signale mit größerem Signal-Rausch- Abstand für die Antriebssteuerung zu erhalten), haben die Durchgangslöcher im Aufnahmeteller 103 kein Innengewinde. Zusätzlich oder alternativ können die Schrauben in jenen Bereichen, die im montierten Zustand in den Durchgangslöchern liegen, ohne Gewinde sein (die Schraub Verbindungen werden ohnehin durch die Schraubenmuttern gekontert).
[0044] Messunterlegscheiben können entweder durch Kabel oder Funk mit der Elektronik verbunden werden. Bevorzugt werden aber Messunterlegscheiben mit Kabel, weil diese ein besseres und sichereres Signal gewährleisten. Vorzugsweise kann das Kabel einen schon bestehenden Kabelkanal innerhalb des Rahmens des Sattelaufliegers 100 verwendet werden, der zur Übertragung von Signalen aus der Zugmaschine 200 oder dem Sattelauflieger 100 vorgesehen sein kann. An dieser Stelle sei angemerkt, dass die Beispiele aus Fig. 9a und 9b kombiniert werden können. Das heißt es können sowohl oberhalb des Königszapfens 121 (d.h. oberhalb des Aufnahmetellers 102) als auch unterhalb der Adapterplatte 135 des Königszapfens 121 eine oder mehrere Messunter- legscheiben angeordnet sein, die mittels einer oder mehreren Schraubverbindungen vorgespannt sind. Die Anordnung der Messunterlegscheiben oberhalb des Königszapfens kann signifikante Vorteile mit sich bringen. So sind die Messunterlegscheiben nicht direkt an dem Königszapfen befestigt, sondern liegen innen im Anhänger oberhalb des Aufnahmetellers 103 der Anhängerkarosserie. Eine mechanische Beanspruchung der Sensoren wie es z.B. bei der Verwendung von Dehnungsmesstreifen am Schaft des Kö- nigszapfes der Fall wäre, wird vermieden.
[0045] Zusätzlich oder alternativ zu den bereits beschriebenen Sensoren (DMS, Kraftmessdosen, Messunterlegscheiben, Piezosensoren, etc.) kann auch ein inertiales Navigationssystem {Inertial Navigation System, Trägheitsnavigationssystem) verwendet werden. Ein solches Trägheitsnavigationssystem kann verschiedene Sensoren zur Messung von Trägkeitskräften umfassen. Die zentrale Messeinheit eines Trägheitsnavigati- onssystems wird üblicherweise als inertiale Messeinheit 126 (IMU, inertial measure- ment unit) bezeichnet, die dazu ausgebildet ist, Beschleunigungen und Drehraten zu messen. Bei elektromechanischen Systemen kann die IMU 126 beispielsweise als Kreiselplattform (gyroscopic platform) ausgebildet sein, die üblicherweise einen elektrisch angetriebenen, kardanisch aufgehängten (gimbal-mounted) Kreisel aufweist. Des Weiteren weist die Kreiselplattform Winkelsensoren auf, die dazu ausgebildet sind, die Orientierung der Kreiselachse zu messen. Derartige Kreiselplattformen sind an sich bekannt und werden daher nicht weiter erläutert. Alternativ sind auch Kreiselplattformen ohne mechanische Teile bekannt (Laser-Gyroskop). Des weiteren können mikro-elektro- mechanische Systeme (MEMS) als Gyroskope in IMUs verwendet werden. Diese lassen sich in elektronische Schaltungen integrieren und ermöglichen einen sehr kompakten Aufbau einer der IMU 126.
[0046] Wie erwähnt kann die IMU 126 zumindest eine Rotation oder eine Translation des Sattelaufliegers 100 in zumindest einer Raumrichtung erfassen (d.h. translatorische oder rotatorische Beschleunigungen). Das heißt, IMUs messen Beschleunigungen, die dann durch Integration in Geschwindigkeiten und Positionsänderungen (bzw. Winkelgeschwindigkeiten und Winkeländerungen) umgerechnet werden können. Die IMU 126 kann auch Rotationen und Translationen des Sattelaufliegers 100 in allen 3 Raum- richtungen erfassen. Mithilfe der inertialen Messeinheit 126 können Geschwindigkeiten und Beschleunigungen des Satte laufliegers 100 erfasst werden. Die inertiale Messeinheit 126 kann mit der Steuereinheit 125 und der Batterie 123 elektrisch verbunden sein und die erfassten Daten können über Signale an die Steuereinheit 125 geleitet werden. Die von der IMU 126 erfassten Daten können ebenfalls von der Steuereinheit 125 ausgewertet werden und zur Ermittlung des Fahrzustandes des Sattelzuges 300 durch die Steuereinheit 125 verwendet werden (anstatt oder zusätzlich zu den am Königszapfen angeordneten Sensoren). Wie erwähnt ist bei Verwendung eines Trägheitsnavigations- systems eine Kraftmessung am Königszapfen nicht zwingend nötig. In diesem muss der Anhänger auch nicht notwendigerweise ein Sattelauflieger sein, sondern das hier beschriebene Konzept kann auch auf beliebige Anhänger übertragen werden.
[0047] Darüber hinaus können zur Steuerung des Elektromotors 124 über die Steuereinheit 125 weitere Signale/Messdaten zur Detektion des jeweiligen Fahrzustandes des Anhängers bzw. des Sattelaufliegers weitere Signale verwendet werden, beispielsweise Signale, die von der standardisierten ,fleet Management System" (FMS-) Schnittstelle des Zugfahrzeugs 200 geliefert werden, und/oder Signale von Drehzahlsensoren an den Rädern des Anhängers 100. Der FMS-Standard wird unter anderem von den meisten großen europäischen Herstellern schwerer Nutzfahrzeuge verwendet (seit dem Jahr 2002). Die Daten sind dabei gemäß dem Netzwerkprotokoll SAE J1939 codiert, der auch beim CAN-Bus verwendet wird.
[0048] Anhand der nachfolgenden Figuren wird der Sattelauflieger mit Hilfsantrieb genauer detaillierter beschrieben. Insbesondere wird exemplarisch ein Beispiel eines Verfahrens zum Betrieb dieses Sattelaufliegers 100 beschrieben. Ermittelt die Steuereinheit 125 anhand der gemessenen Kräfte oder anhand der gemessenen Dehnungen am Königszapfen 121 (und ggf. basierend auf den von der IMU gelieferten und/oder weiteren Daten), dass sich der Sattelzug 300 in einer Geradeausfahrt befindet und die Zugmaschine 200 gleichzeitig beschleunigt (d.h. Fahrzustand„Geradeausfahrt, beschleunigt"), so kann die Steuereinheit 125 den Elektromotor 124 im Motorbetrieb betreiben (sofern die Batterie ausreichend geladen ist). Folglich werden die Räder oder eine Achse des Sattelaufliegers 100 durch den Antrieb des Elektromotors 124 in vordefinierter Weise angetrieben und die Beschleunigung des Sattelzuges 300 durch den Hilfsantrieb im Sat- telauflieger 100 unterstützt. Ermittelt die Steuereinheit 125 anhand der gemessenen Kräfte oder anhand der gemessenen Dehnungen am Königszapfen 121 (und ggf. basierend auf den von der IMU gelieferten Daten), dass sich der Sattelzug in eine Kurvenfahrt befindet und nicht verzögert, kann der Elektromotor z.B. im Leerlauf geschaltet werden.
[0049] Wird von der Steuereinheit 125 ermittelt, dass sich der Sattelzug 300 in Geradeausfahrt befindet und die Zugmaschine 200 verzögert, so kann die Steuereinheit 125 den Elektromotor 124 auch im Generatorbetrieb betreiben. Dadurch wird die Verzögerung des Sattelzuges 300 durch die Zugmaschine 200 vom Hilfsantrieb des Sattelaufliegers 100 unterstützt. Im Generatorbetrieb des Elektromotors 124 kann elektrische Leistung in die Batterie 123 eingespeist werden (Rekuperation). Insbesondere bei Fahrstrecken, bei denen der Sattelzug 300 häufig abgebremst werden muss, kann ein Großteil der Bremsenergie rekuperiert und in die Batterie 123 eingespeist werden. Zusätzlich zu den bereits beschriebenen Sensoren kann die Steuereinheit 125 auch ein von der Zugmaschine hin zum Sattelauflieger übertragenes Bremssignal (das z.B. auch zum Ansteuern der Bremslichter verwendet wird) auswerten, um den Fahrzustand zu ermitteln (z.B. „Geradeausfahrt, gebremst" oder„Kurvenfahrt, gebremst").
[0050] Wird von der Steuereinheit 125 ermittelt, dass sich der Sattelzug 300 in einer Kurvenfahrt befindet, so kann der Elektromotor 124 von der Steuereinheit 125 derart angesteuert werden, dass er im Freilauf betrieben wird (z.B. unabhängig von der Beschleunigung in Längsrichtung). Im Freilauf überträgt der Elektromotor 124, abgesehen von geringen (und von der konkreten Konstruktion abhängigen) Leerlaufmomenten keinerlei Drehmomente auf die Räder oder die Achse des Sattelaufliegers 100. Gleiches gilt auch, sofern die Steuereinheit 125 anhand der Signale der Sensoren (z.B. Kraftsensoren am Königszapfen, IMU, Bremssignal von der Zugmaschine) einen kritischen Fahrzustand ermittelt.
[0051] Im extremen Fällen kann es auch zu plastischen Verformungen im Bereich des Königszapfens 121 kommen. Deshalb kann die Steuereinheit 125 derart ausgestaltet sein, dass eine Kalibrierung der Kraftsensoren manuell oder automatisch durchgeführt werden kann. Dadurch ist es möglich, z.B. einen Offsetwert der Sensorsignale zu kompensieren und dadurch geringfügige plastische Verformungen im Bereich des Königszapfens 121 auszugleichen. In manchen Situationen kann der Königszapfen 121 durch einen unsachgemäßen Ankoppelvorgang von Sattelauflieger 100 und Zugmaschine 200 geringfügig plastisch verformt worden sein. Ein Offset in den Sensorsignalen könnte von der Steuereinheit 125 so interpretiert werden, dass sich der Sattelzug 300 beschleunigt, obwohl dieser still steht und keine Verspannungen zwischen Sattelauflieger 100 und Zugmaschine 200 auftreten. In diesem Fall können die Sensoren über die Steuereinheit 125 kalibriert werden und die Messwerte, die aus der plastischen Verformung des Königszapfens 121 resultieren, durch die Steuereinheit 125 eliminiert werden oder herausgerechnet werden. Das bedeutet, dass deterministische, systematische Messfehler, die durch die plastische Verformung entstanden ist, kompensiert werden.
[0052] Es ist außerdem möglich, dass im Betrieb des Sattelaufliegers 100 Informationen über Fahrzustände der Zugmaschine 200 an die Steuereinheit 125 geleitet werden. Im einfachsten Fall kann die Steuereinheit 125 einen Bremsvorgang an einem Bremssignal erkennen, das auch zur Ansteuerung der Bremslichter verwendet wird. Je nach Konstruktion des Sattelaufliegers können auch Informationen aus einem ABS- oder ESP-Steuergerät, Informationen eines Lenkwinkelsensors, Informationen einer aktuellen Pedalstellung, Informationen aus dem Getriebe, insbesondere über den aktuell eingelegten bzw. vorgewählten Gang oder eine Kombination aus diesen Informationen sein. Es ist auch möglich, dass ein Fahrer des Sattelzuges 300 über ein Eingabemodul, das über Funk oder über Kabel mit der Steuereinheit 125 verbunden ist, Einstellungen an der Steuereinheit 125 vornimmt und damit direkten Einfluss auf die Ansteuerung des Elektromotors 124 nimmt. Beispielsweise kann der Fahrer auf diese Weise das Ansprechverhalten der Steuereinheit 125 auf die gemessenen Kräfte oder Dehnungen anpassen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der Fahrer den Elektromotor manuell in den Generatorbetrieb und in den Leerlaufbetrieb schalten. In diesem Beispiel könnte der Fahrer den Generatorbetrieb in ähnlicher Weise aktivieren und deaktivieren wie auch ein Retarder manuell aktiviert und deaktiviert werden kann. Bei schwierigen Stra- ßenverhältnissen wie Nässe, Eis oder Schnee kann der Fahrer den Elektromotor 124 im Sattelauflieger 100 als Traktionshilfe, insbesondere beim Anfahren, benutzen.
[0053] Der Steuereinheit 125 können außerdem Informationen über einen Fahrzustand des Sattelaufliegers 100 zugeleitet werden. Beispielsweise kann ein Bremslichtsignal oder ein Rückfahrlichtsignal des Sattelaufliegers 100 der Steuereinheit 125 zugeleitet und von der Steuereinheit 125 verarbeitet werden. Die zusätzlichen Informationen können von der Steuereinheit 125 ebenfalls bei der Auswertung miteinbezogen werden und auf das Auswerteergebnis, auf dessen Basis der Elektromotor 124 angesteuert wird, Einfluss nehmen. Die Signale aus der Zugmaschine 200 oder dem Sattelauflieger 100 können beispielsweise über Funk oder über elektrische (Kabel-) Verbindungen zur Steuereinheit 125 des Sattelaufliegers 100 übertragen werden.
[0054] In Figur 10 ist exemplarisch in Draufsicht schematisch ein Sattelzug 300 bei einer ungebremsten Geradeausfahrt mit konstanter Geschwindigkeit dargestellt (Längsbeschleunigung a=0). Der dargestellte Sattelzug 300 weist eine Zugmaschine 200 mit einer Längsachse 11 und einen Sattelauflieger 100 mit der Längsachse 10 auf. Der Sattelauflieger 100 ist an die Zugmaschine über den Königszapfen 121 angekoppelt. In Figur 10 sind die Kräfte FA und FB dargestellt. Die Kraft FB wirkt entgegen der Fahrtrichtung des Sattelzuges 300 und entspricht jener Kraft, die vom Sattelauflieger 100 auf die Sattelplatte 210 eingeleitet wird. In anderen Worten, die Kraft FB repräsentiert die von der Zugmaschine 200 zu ziehende Last. Die Kraft FA wirkt in Fahrtrichtung und ist jene Kraft, die von der Zugmaschine 200 in den Königszapfen 121 eingeleitet wird. Im dargestellten Beispiel (Geradeausfahrt, unbeschleunigt) sind die beiden Kräfte FA und FB annähernd gleich groß, jedoch entgegengesetzt gerichtet, was im Idealfall eine resultierende Kraft FR von Null zur Folge hat (FA+FB=0). Die Kraft FB repräsentiert die Summe aller vom Sattelauflieger 100 auf die Zugmaschine 200 ausgeübten Kräfte (verursacht z.B. durch Rollwiderstand und Luftwiderstand des Sattelaufliegers 100). Die Kraft FA repräsentiert die Summe aller von der Zugmaschine 200 auf den Sattelauflieger 100 ausgeübten Kräfte (z.B. Antriebskraft des Motors abzüglich Verluste durch Roll- und Luftwiderstand der Zugmaschine 200). [0055] In diesem Fahrzustand (Geradeausfahrt, unbeschleunigt) werden an den Sensoren am Königszapfen (vgl. Fig. 6 und 7, Sensoren 140, 141, 142, 143, 150, 151, 152, 153) nur sehr geringe bis gar keine Dehnungen oder Kräfte gemessen. Bei Verwendung einer IMU zeigt diese eine Längsbeschleunigung von ungefähr null an. Die Steuereinheit 125 kann ausgehend von diesen Messwerten den Elektromotor 124 derart ansteuern, dass der Elektromotor 124 z.B. im Freilauf betrieben wird. Alternativ (z.B. aufgrund manueller Steuerung durch den Fahrer) kann der Elektromotor 124 von der Steuereinheit 125 auch im Antriebsbetrieb oder im Generatorbetrieb betrieben werden (z.B. zum Laden der Batterie).
[0056] Figur 11 ist im Wesentlichen identisch mit Fig. 9, jedoch repräsentieren die eingezeichneten Kräfte FA und FB eine Situation, in der die Zugmaschine 200 den Sattelzug 300 beschleunigt. In diesem Fall ist die Kraft FA betragsmäßig größer als die Kraft FB und die resultierende Kraft FR=FA+FB wirkt in Fahrtrichtung, um den Sattelzug zu beschleunigen. Diese resultierende Kraft kann mittels der am Königszapfen angeordneten Kraftsensoren gemessen werden. Bei Verwendung einer IMU wird eine Beschleunigung (a>0) in Vorwärtsrichtung detektiert. Dieser Fahrzustand (Zugmaschine beschleunigt) kann von der Steuereinheit 125 basierend auf den Sensorsignalen (von den Kraftsensoren am Königszapfen, von der IMU, etc.) detektiert werden, und die Steuereinheit 125 kann (bei ausreichender Batterieladung) den Elektromotor 124 (vgl. Fig. 2) im Motorbetrieb betreiben, damit den Sattelauflieger 100 über die Räder (z.B. an der Achse 112) antreiben und so die von der Zugmaschine zu ziehende Last (repräsentiert durch die Kraft FB) reduzieren.
[0057] In Figur 12 ist im Wesentlichen identisch mit Fig. 9, jedoch repräsentieren die eingezeichneten Kräfte FA und FB eine Situation, in der die Zugmaschine 200 den Sattelzug 300 bremst (z.B. bei einer Bergabfahrt die Geschwindigkeit zu halten). In diesem würde der Sattelauflieger 100 aufgrund dessen Massenkräfte die Zugmaschine schieben. Das heißt, die Kraft FA wirkt entgegen der Fahrtrichtung (von der Zugmaschine 200 auf den Sattelauflieger 100) und die Kraft FB wirkt in Fahrtrichtung (vom Sattelauflieger 100 auf die Zugmaschine 200). Die Höhe der Kräfte hängt natürlich davon ab, wie stark der Sattelauflieger 200 selbst gebremst wird. Dieser Fahrzustand (z.B. Bergabfahrt, ge- bremst) kann basierend auf den Sensorsignalen von der Steuereinheit 125 detektiert werden. Eine IMU kann z.B. negative Beschleunigung (Verzögerung) oder eine Neigung des Sattelzuges messen. Beispielsweise kann basierend auf der gemessenen Neigung einfach eine Bergabfahrt detektiert werden. Anstatt oder zusätzlich zu einer IMU könnte ein einfacher Neigungssensor in der Steuereinheit 125 enthalten (oder woanders im Sattelauflieger angeordnet) sein. Ein aktives Bremsen kann z.B. über ein von der Zugmaschine zum Anhänger hin übertragenes Bremssignal ermittelt werden, das auch zum Ein- und Ausschalten der Bremslichter verwendet wird. Sobald ein Fahrtzustand erkannt wird, in dem der Sattelauflieger 100 gebremst wird oder bergab fährt, kann die Steuereinheit 125 den Elektromotor im Generatorbetrieb betrieben und die erzeugte elektrische Energie z.B. in der Batterie speichern. Die elektrische Last des Generators könnte elektronisch so geregelt werden, dass die vom Elektromotor 124 (im Generatorbetrieb) bewirkte Bremskraft so groß ist, dass die Kraft FB möglichst klein wird. Bei einer Bergabfahrt mit einer Neigung von α Grad wäre der Sattelauflieger dann in einem stationären Zustand konstanter Geschwindigkeit, wenn die Kraft FB verschwindet (FB=0). In diesem Fall würde die potentielle Energie des Sattelaufliegers 100 (abzüglich Verluste durch Rollreibung und Luftwiderstand und elektrische Verluste) beim Bergabfahren rekuperiert ohne den Sattelzug abzubremsen.
[0058] In Figur 13 ist im Wesentlichen identisch mit Fig. 9. In Fig. 13 sind jedoch nicht die Kräfte in Längsrichtung des Sattelaufliegers 100 dargestellt sondern der Winkel φ eingezeichnet, der von der Längsachse 10 des Sattelaufliegers 100 und der Längsachse 11 der Zugmaschine 200 eingeschlossen ist. Bei Geradeausfahrt des Sattelzuges 300 beträgt der Winkel φ im Wesentlichen 180°. Die in Fig. 13 eingezeichnete Querkraft FT ist bei einem Winkel φ von 180° (d.h. beim Geradeausfahren) im Wesentlichen Null.
[0059] In Figur 14 zeigt nun den Sattelzug 200 aus Fig. 13 in einer Kurvenfahrt (Rechtskurve, φ<180°). In der dargestellten Situation ist φ=170°. Um den Sattelauflieger 100 um die Kurve zu ziehen, muss die Zugmaschine 200 eine Querkraft FT normal auf die Längsachse 10 des Sattelaufliegers 100 ausüben. Diese Querkraft FT kann z.B. von den am Königszapfen 121 angeordneten Kraftsensoren gemessen werden. Zusätzlich oder alternative können auch mittels der IMU Querbeschleunigungen (oder Geschwindigkeiten in Querrichtung) gemessen und in ähnlicher Weise verarbeitet werden, wie die Sensorsignale der Kraftsensoren am Königszapfen. Die Steuereinheit 125 kann dann basierend auf den Sensorsignalen oder anderen Messdaten eine Kurvenfahrt detek- tieren (z.B. dann, wenn die Querkraft FT oder eine entsprechende Querbeschleunigung einen vordefinierten Schwellwert übersteigt) und, als Reaktion darauf, den Elektromotor 124 in den Leerlauf- oder Generatorbetrieb schalten. Dadurch kann z.B. verhindert werden, dass der Elektromotor 124 im Motorbetrieb in der Kurve den Sattelauflieger 100 aus der Kurve schiebt.

Claims

Patentansprüche:
1. Anhänger (100) zur Ankopplung an einer Zugmaschine mit
einem Königszapfen (121), der durch eine Schraubverbindung mit einer Karosserie des Anhängers (100) verbunden ist,
mindestens einer Messunterlegscheibe (160, 161, 162, 163; 180, 181, 182, 183), die mit dem Königszapfen (121) gekoppelt und dazu ausgebildet ist, eine Vorspannkraft (FB0, FBI, FB2, FB3) und/oder eine Veränderung der Vorspannkraft der Schraubverbindung zu messen.
2. Anhänger (100) nach Anspruch 1, wobei die Messunterlegscheiben (180, 181, 182, 183) oberhalb des Königszapfens (121) angeordnet sind.
3. Anhänger (100) gemäß Anspruch 1 und 2,
wobei der Königszapfen (121) eine Adapterplatte (135) mit Durchgangslöchern aufweist und die Schraubverbbindung eine oder mehrere Schrauben aufweist, die durch die Durchgangslöcher der Adapterplatte (135) verlaufen.
4. Anhänger (100) gemäß Anspruch 3, der weiter aufweist:
einen Aufnahmeteller (103), der fest mit einer Karosserie des Anhängers (100) verbunden ist,
wobei die Adapterplatte (135) mit dem Aufnahmeteller (103) der Karosserie verschraubt ist und die mindestens eine Messunterlegscheibe (180, 181, 182, 183) oberhalb des Aufnahmetellers (103) angeordnet ist.
5. Anhänger (100) gemäß Anspruch 4,
wobei der Aufnahmeteller (103) Durchgangslöcher aufweist, und
wobei die Durchgangslöcher keine Innengewinde aufweisen und/oder die Schrauben im Bereich der Durchgangslöcher kein Außengewinde aufweisen.
6. Anhänger (100) gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei:
mindestens eine der Messunterlegscheiben (160, 161, 162, 163) unterhalb der Adapterplatte (135) angeordnet ist.
7. Anhänger (100) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 6,
wobei die Adapterplatte (135) integraler Bestandteil des Königszapfens (121) ist.
8. Anhänger (100) mit Hilfsantrieb, umfassend:
einen Königszapfen (121), der mechanisch mit einer Karosserie des Anhängers (100) verbunden ist;
zumindest eine Messunterlegscheibe (160, 161, 162, 163; 180, 181, 182, 183), die mittels einer Schraub Verbindung mit dem Königszapfen (121) gekoppelt und dazu ausgebildet ist, auf den Königszapfen (121) einwirkende Kräfte und/oder deren Veränderung zu ermitteln;
einen Elektromotor (124), der mit mindestens einem Rad des Anhängers (100) gekoppelt ist; und
eine Steuereinheit (125), die dazu ausgebildet ist, den Elektromotor (124) anzusteuern, basierend auf von der zumindest einen Messunterlegscheibe (160, 161, 162, 163; 180, 181, 182, 183) ermittelten Daten, einen Fahrzustand des Anhängers (100) zu ermitteln, und abhängig von dem ermittelten Fahrzustand den Elektromotor (124) im Motorbetrieb, im Generatorbetrieb oder in einem Leerlaufbetrieb zu betreiben.
9. Anhänger (100) gemäß Anspruch 8, umfassend:
einen Speicher (123) für elektrische Energie, der dazu ausgebildet ist, elektrische Energie für einen Motorbetrieb des Elektromotors (124) zur Verfügung zu stellen und vom Elektromotor (124) in einem Generatorbetrieb erzeugte elektrische Energie aufzunehmen.
10. Anhänger (100) gemäß Anspruch 9, wobei die elektrische Energie aus dem Speicher (123) auch für Nebenverbraucher verwendet wird.
11. Anhänger (100) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10,
wobei die Messunterlegscheiben (180, 181, 182, 183) oberhalb des Königszapfens (121) angeordnet sind.
12. Anhänger (100) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 11,
bei dem der Königszapfen (121) rotationssymmetrisch zu einer Achse (5) ist und einen Schaft (134) und eine Adapterplatte (135) aufweist.
13. Anhänger (100) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 12,
wobei die Steuereinheit (125) weiter dazu ausgebildet ist, zum Ermitteln des Fahrzustand des Anhängers (100) ein oder mehrere weitere Signale zu berücksichtigen, die zumindest eines der folgenden umfassen:
ein oder mehrere Signale aus einer FMS-Schnittstelle des Zugfahrzeugs (200); ein Signal eines mit mindestens einem Rad des Anhängers gekoppelten Drehzahlsensors; und
ein Signal eines oder mehrerer weiterer Sensoren (122; 140, 141, 142, 143; 150, 151, 152, 153), die mit dem Königszapfen (121) gekoppelt und dazu ausgebildet sind auf den Königszapfen (121) einwirkende Kräfte und/oder deren Veränderung zu ermitteln, wobei der eine oder die mehreren weiteren Sensoren zumindest einen der folgenden umfassen: einen Dehnmesstreifen (140, 141, 142, 143), einen Piezosensor und eine Kraftmessdose.
14. Anhänger (100) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 13,
bei dem der Elektromotor (124) dazu ausgebildet ist, im Motorbetrieb zumindest ein Rad des Anhängers (100) anzutreiben, und im Generatorbetrieb von dem zumindest einen Rad des Anhängers (100) angetrieben zu werden.
15. Anhänger (100) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 14, bei dem der Elektromotor (124) mit einer oder mehreren Achsen (111, 112, 113) des Anhängers (100) mechanisch verbunden ist und dazu ausgebildet ist, zumindest eine der Achsen (111, 112, 113) anzutreiben.
16. Anhänger (100) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 15,
bei dem der Elektromotor (124) mit einem oder mehreren Rädern des Anhängers (100) mechanisch gekoppelt ist und dazu ausgebildet ist, das eine oder die mehreren Räder anzutreiben.
17. Anhänger gemäß einem der Ansprüche 8 bis 16, der weiter umfasst:
ein Trägheitsnavigationssystem, das dazu ausgebildet ist, translatorische Beschleunigungen und/oder Drehraten des Anhängers (100) zu messen.
18. Anhänger (100) gemäß Anspruch 17,
bei dem das Trägheitsnavigationssystem eine inertiale Messeinheit (126) aufweist, die mit der Steuereinheit (125) verbunden ist.
19. Anhänger (100) gemäß Anspruch 18,
wobei die inertiale Messeinheit (126) eine Kreiselplattform aufweist.
20. Anhänger (100) gemäß einem der Ansprüche 16 bis 19,
wobei das Trägheitsnavigationssystem mit der Steuereinheit (125) verbunden oder in diese integriert ist und die Steuereinheit (125) dazu ausgebildet ist, abhängig von den vom Trägheitsnavigationssystem ermittelten Daten, den Fahrzustand des Anhängers (100) zu ermitteln
21. Anhänger (100) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 20,
bei dem der von der Steuereinheit (125) ermittelte Fahrzustand zumindest einen der folgenden umfasst: unbeschleunigte ebene Geradeausfahrt, beschleunigte Geradeausfahrt, gebremste Fahrt, Bergauffahrt, Bergabfahrt, Kurvenfahrt und Kombinationen dieser Fahrzustände.
22. Verfahren, das folgendes umfasst:
direktes oder indirektes Messen von mindestens einer Kraft, die auf einen Anhänger (100) wirkt mittels mindestens einer Messunterlegscheibe (160, 161, 162, 163; 180, 181, 182, 183), die mit dem Königszapfen (121) gekoppelt ist;
Ermitteln eines Fahrzustandes des Anhängers (100) abhängig von der gemessenen Kraft;
Ansteuern eines mit einem Rad des Anhängers (100) gekoppelten Elektromotors (124) derart, dass abhängig von dem ermittelten Fahrzustand der Elektromotor (124) im Motorbetrieb, im Generatorbetrieb oder in einem Leerlaufbetrieb oder mechanisch entkoppelt betrieben wird.
23. Verfahren gemäß Anspruch 22,
wobei der Anhänger (100) ein Sattelauflieger ist und die mindestens eine gemessene Kraft auf einen Königszapfen (121) des Sattelaufliegers (100) wirkt.
24. Verfahren gemäß Anspruch 23,
wobei die mindestens eine Kraft indirekt mittels eines Trägheitsnavigationssys- tems gemessen wird, welches Beschleunigungen und/oder Drehraten misst.
25. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 21 bis 24,
bei dem der Fahrzustand zumindest einen der folgenden umfasst: unbeschleunigte ebene Geradeausfahrt, beschleunigte Geradeausfahrt, gebremste Fahrt, Bergabfahrt, Kurvenfahrt, Bergauffahrt und Kombinationen dieser Fahrzustände.
26. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 21 bis 25,
wobei des Weiteren ein oder mehrere Signale aus einer FSM-Schnittstelle des Zugfahrzeugs (200) und/oder aus einem mit mindestens einem Rad des Anhängers gekoppelten Drehzahlsensor zur Ermitteln des Fahrzustands des Anhängers und zum Ansteuern eines Elektromotors (124) verwendet werden.
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