WO2023110397A1 - Verfahren und vorrichtung zur antriebssteuerung eines fahrzeugzugs - Google Patents

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WO2023110397A1 PCT/EP2022/083765 EP2022083765W WO2023110397A1 WO 2023110397 A1 WO2023110397 A1 WO 2023110397A1 EP 2022083765 W EP2022083765 W EP 2022083765W WO 2023110397 A1 WO2023110397 A1 WO 2023110397A1
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towing
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Mirko Brütt
Gerhard Grömmer
Stefan Igl
Daniel Pfefferkorn
Jan Spremberg
Thomas Wolf
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Zf Cv Systems Global Gmbh
Zf Friedrichshafen Ag
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Definitions

  • the invention relates to a method for drive control of a vehicle combination, which has a towing vehicle and a trailer vehicle coupled to this towing vehicle, with both vehicles having a driving and braking effect, with the trailer vehicle having an electric drive system, with a coupling element arranged on a trailer device of the towing vehicle sensor device, a coupling force transmitted from a counter-coupling element of the trailer vehicle to the coupling element of the towing vehicle is determined, and both vehicles are coordinated in terms of driving and braking by means of an electronic control device of the towing vehicle and/or the trailer vehicle, depending on the determined coupling force.
  • the invention also relates to a device for carrying out such a method and a vehicle combination with such a device.
  • fuel-saving and low-emission operation of the vehicle combination is to be achieved with the help of recuperation of the kinetic energy of the trailer vehicle during braking manoeuvres.
  • the friction brakes should be relieved while charging an electrical energy store in generator mode of the electric machines installed on the drivable axles of the trailer, thereby reducing the wear on the friction brakes.
  • improved traction in demanding driving situations such as steep climbs or slippery ground conditions, as well as increased acceleration of the vehicle combination should be possible.
  • a continuous determination of the forces and moments occurring on the hitch can be used in addition to permanent monitoring of the towing and thrust forces between the vehicles coupled to one another are used to determine other important current information, such as the current articulation angle of the coupling device, the load condition of the trailer vehicle or the inclination of the vehicle body.
  • This information can be made available as controlled variables for driving dynamics control systems in vehicle combinations, for example for electric drive systems, for electronic brake systems, electronic stability controls and electronic level controls or for driver assistance systems. Due to the future electrification of drive trains, the exact knowledge of coupling forces and coupling torques for the control of electric drive systems in vehicle combinations is becoming increasingly important.
  • a trailer vehicle with an electric drive is known from US 2007 0193 795 A1, in which the drive wheels on a trailer axle can each be driven by an electric machine.
  • a force transmitted between a towing vehicle and the trailer vehicle is measured in magnitude and direction using a force sensor.
  • a lateral acceleration of the trailer vehicle is measured with a sensor.
  • the force signal and the lateral acceleration signal are made available to a controller.
  • the controller sends control signals to the two electric machines in order to operate them either in a regenerative braking mode or in a drive torque mode.
  • the braking mode is activated when the force measured by the force sensor exceeds a predetermined value when braking the trailer vehicle.
  • the drive torque mode is activated when the force measured by the force sensor exceeds a predetermined value during acceleration of the trailer vehicle.
  • the electric machines can be switched to an idle state between the two modes.
  • EP 2 394 890 B1 discloses a method for a vehicle combination with a towing vehicle and an electrically drivable trailer vehicle, with a traction slip system and an anti-lock braking system, wherein to control the towing force and/or the braking of electric machines arranged on the wheels of at least one axle of the trailer, a force sensor is used to measure a tensile force or a shearing force which is exerted on the trailer. An electrical drive torque is generated when the traction slip system is inactive, the vehicle speed is not equal to zero and a negative force, i.e. a tractive force, is measured.
  • an electrical braking torque is generated when an anti-lock braking system is inactive, the vehicle speed is not equal to zero, and a positive force, i.e. a pushing force, is measured.
  • the electric drive of the trailer vehicle should be used during operation of the vehicle combination in such a way that the drive power of the towing vehicle with a trailer and the towing vehicle without a trailer is the same.
  • DE 20 2020 003 111 U1 discloses a drive control system for an electrically driven trailer vehicle, in which a linear sensor in the form of a Hall sensor generates an electrical signal as a function of a thrust force acting between the towing vehicle and the trailer vehicle or of a tractive force, by means of which a Drive power or recuperation of the electric drive is regulated.
  • the regulation takes place in such a way that the effort required to drive with the trailer vehicle should be the same as the effort required to drive without a trailer. Even when braking, the trailer vehicle should not push the towing vehicle.
  • DE 10 2010 042 907 A1 describes a recuperation system for an electrically driven vehicle trailer, in which a degree of conversion with which the kinetic energy of the vehicle trailer is converted into electrical energy during a positive or a negative acceleration process of the vehicle trailer is related to a force , which is exerted by the towing vehicle on the vehicle trailer.
  • the force is measured by a force sensor in the form of a piezo sensor.
  • WO 2021 013 540 A1 discloses a method for controlling an electric
  • Driving a trailer vehicle of a towing vehicle-trailer vehicle combination in which a current mass of the towing vehicle and optionally also a current mass of the trailer vehicle and a current driving force of the towing vehicle are determined.
  • a current acceleration requirement for the electric drive of the trailer vehicle is determined as a function of the current mass or masses and the current driving force, and optionally also as a function of a current slip of at least one driven wheel of the towing vehicle.
  • the electric drive of the trailer vehicle is controlled as a function of the acceleration requirement in such a way that the desired acceleration of the trailer vehicle is less than or equal to the current acceleration of the towing vehicle. Consequently, the towing vehicle always performs a comparatively equal or greater acceleration when driving or when braking than the trailer vehicle.
  • a sensor system for determining the current masses of the towing vehicle and the trailer vehicle and for determining the current driving force of the towing vehicle is assumed to be present in a commercial vehicle combination anyway.
  • the corresponding information can also already be available in a brake control unit of the towing vehicle or in a brake control unit of the trailer vehicle.
  • EP 3 162 606 B1 describes a method for drive control of a drive axle on a trailer of a towing vehicle-trailer combination, in which, depending on measured or calculated vertical forces on the axles of the vehicle combination and on a drawbar of the trailer, as well as depending on the drive power of the Towing vehicle, a target drive power for the drive axle of the trailer is calculated.
  • the drive is controlled in such a way that a maximum transmissible drive torque on the drive axle of the trailer is not exceeded, and/or that a maximum drive force for the trailer that is dependent on a vertical force or, alternatively, on the weight of the towing vehicle, is not exceeded, and/or that a defined by a user or a control unit limit value of a maximum drive power and / or driving force for the trailer is not exceeded.
  • a wheel speed on the drive wheels of the drive axle is determined and a speed determined and taken into account in the control.
  • the invention is based on the object of presenting a method for drive control of a vehicle combination of the type mentioned at the outset, with which further improved efficiency and at the same time further increased operational reliability are achieved when using an electric drive of a trailer vehicle.
  • the method is primarily, but not exclusively, intended for use on vehicle trains that drive both on normal roads and off-road (on-road use, off-road use).
  • vehicle trains can be, for example, agricultural tractor-trailer combinations, which have large coupling forces at their mechanical coupling points, which are caused by changing ground conditions and spontaneously strong changes in vehicle speed.
  • the invention is also based on the object of presenting a device for carrying out this method.
  • this device should enable a three-dimensional measurement of coupling forces which act on the mechanical coupling elements of the towing vehicle and trailer vehicle. The measurement should be possible with a high measurement accuracy and a sensitive response.
  • the invention therefore initially relates to a method for drive control of a vehicle combination, which has a towing vehicle and a trailer vehicle coupled to this towing vehicle, with both vehicles having a driving and braking effect, with the trailer vehicle having an electric drive system, with a coupling element of a trailer device of the Towing vehicle arranged sensor device of a counter-coupling element of The coupling force Fx, F y , F z transmitted by the trailer vehicle to the coupling element of the towing vehicle is determined, and both vehicles are matched to one another in terms of driving and braking by means of an electronic control device of the towing vehicle and/or the trailer vehicle, depending on the determined coupling force Fx, F y , Fz become.
  • At least the following method steps are carried out to solve the task set with regard to the method: a) specification and storage of a target value F x _ziei for a coupling force which acts in a vehicle longitudinal direction in the electronic control device, b) specification and storage of a limit value F y _iim for a coupling force which acts in a vehicle transverse direction, in the electronic control device, c) detecting a coupled, drivingly effective trailer vehicle by means of the sensor device and by d) establishing or activating a control connection between the control device and the electric drive system of the trailer vehicle, e) determining a coupling force Fx acting on the coupling element in the vehicle longitudinal direction, f) determining a coupling force F y acting on the coupling element in the vehicle transverse direction, g) detecting a drive torque request or a braking torque request MA_F, MB_F from a driver, and h) determining and generating a drive torque MA_ei or one Braking torque Mß_ei of
  • a vehicle longitudinal direction is understood as meaning an imaginary longitudinal axis through the vehicle combination.
  • a vehicle transverse direction is an imaginary transverse axis through the vehicle combination, i.e. understood transversely to the longitudinal direction of the vehicle.
  • a vehicle vertical direction is understood as meaning an imaginary vertical axis through the vehicle combination, vertical to the longitudinal direction of the vehicle.
  • the efficiency of the vehicle drive of the vehicle train is improved and the operational reliability is increased.
  • a fuel-saving or energy-saving ferry operation is achieved both in on-road use and in off-road use.
  • better traction is achieved in difficult driving situations.
  • the invention presents a functionality for drive control of a vehicle combination, which is essentially based on a multi-dimensional coupling force measurement on a trailer device of the vehicle combination.
  • the vehicle combination consists of a towing vehicle and at least one towed trailer vehicle, for example an agricultural vehicle combination with a tractor and a trailer or a semi-trailer truck with a semi-trailer.
  • the aim of the drive control is to determine drive torque requirements or braking torque requirements for a trailer vehicle with one or more electrically driven axles for the most efficient possible driving on the one hand on the road and on the other hand off-road in the field.
  • the method presented ensures safe operation without the risk of the vehicle combination buckling when using the electric drive of the trailer vehicle by monitoring the coupling forces.
  • the target coupling force is a predetermined value for the longitudinal coupling force, ie for the coupling force acting in the longitudinal direction of the vehicle combination.
  • the longitudinal coupling force can be a tensile force or a shearing force, which acts on a coupling point of the hitch.
  • Such a target value can advantageously be set within certain limits by a user, for example on a user interface of a display device of the control device. In any case, the target value is preconfigured in such a way that this force can be safely transmitted through the towing device in every operating situation.
  • the coupling force target specification is therefore advantageously used to support the drive of the towing vehicle in the event of a correspondingly high request signaled by the driver by means of the electric drive of the trailer vehicle.
  • This in particular to be able to transfer high tractive forces to a trailer vehicle, for example when towing an attachment for tillage or when removing a fully loaded harvest wagon.
  • a safety-relevant coupling force limit at the hitch point of the hitch, namely the target, should be adhered to. To do this, the electric drive of the trailer is switched on if necessary.
  • the electric trailer drive can also make sense if this is efficient and/or comfortable for the overall efficiency of the drive of the entire vehicle combination.
  • the towing vehicle experiences no or at most such a thrust of the trailer vehicle in an order of magnitude that can be safely absorbed by the towing vehicle via the towing device.
  • a lateral force component is taken into account here, so that the car-trailer combination cannot buckle at the coupling point under any circumstances.
  • the electric drive can be used as a braking auxiliary brake in generator mode.
  • the transverse force limit is a maximum permissible coupling force in the transverse direction of the vehicle combination.
  • the transverse coupling force corresponds to a transverse to the longitudinal axis of the hitch, so in a horizontal plane perpendicular to Driving direction in the coupling point attacking force or an attacking moment.
  • the lateral force limit value can advantageously be adjusted by a user on a user interface of the display device mentioned. For example, the limit value can be lowered by a driver of the towing vehicle on slippery ground in order to increase driving safety on difficult terrain.
  • a sensibly high drive torque or braking torque is generated on the electrically drivable drive axles of the trailer vehicle in order to achieve or maintain the coupling force target specification at the coupling point of the towing device during operation of the vehicle combination and, in particular, not to exceed it.
  • a particularly efficient ferry service can be achieved.
  • the coupling force target specification, the transverse force limit value and the values of these forces currently determined by the sensor device, as well as a driver’s current drive torque request or braking torque request from a drive motor of the towing vehicle or a braking system of the vehicle train, are used as input variables in a control algorithm of the control device for determining a drive torque or a braking torque of the electric drive of the trailer is processed.
  • the driver's request can be signaled, for example, by a respective accelerator pedal position or by a respective brake pedal position.
  • the control device can comprise a single control device which is arranged in the towing vehicle or in the trailer vehicle. As an alternative to this, two control devices can be provided, one of which is arranged in each case in the towing vehicle and in the trailer vehicle.
  • These control units can, for example, be a brake control unit of the towing vehicle and/or a brake control unit of the trailer vehicle and/or an engine control unit of the drive engine of the towing vehicle or an engine control unit of the electric drive unit of the
  • the specified input variables coupling force target specification in the vehicle longitudinal direction, lateral force limit value, current coupling force in the vehicle longitudinal direction and current lateral force can be implemented in a control algorithm of the mentioned control unit of the towing vehicle or supplied as measured values.
  • the driver's request for a specific drive torque or a specific braking effect is also fed to this control algorithm.
  • the control unit calculates a torque requirement or a braking torque requirement for the at least one electric machine of the trailer vehicle, which is then operated accordingly as an electric motor or as a generator.
  • control unit of the towing vehicle can calculate a calculated torque request or braking torque request for the at least one electric machine of the trailer vehicle using the limit values and measured values mentioned and send the applicable request to a control unit of the trailer vehicle.
  • This control unit of the trailer then controls the at least one electric drive machine of the trailer.
  • the input variables mentioned can be sent to the trailer control unit via a CAN bus line, for example.
  • the torque requirement or the braking torque requirement for the current operation of the at least one electric drive machine of the trailer vehicle is calculated in the trailer control unit and actuated accordingly.
  • a coupling force F z acting on the coupling element of the towing device of the towing vehicle is determined in a vehicle vertical direction, and that the drive control of the trailer vehicle and/or the drive control of the towing vehicle are additionally dependent on this coupling force Fz is operated in the vehicle vertical direction.
  • a support load acting on the trailer hitch can also be taken into account for the drive control of the trailer drive.
  • the drive power of the towing vehicle and the trailer vehicle can be matched to one another by means of the control device as a function of the current vertical load.
  • the drive power of a tractor for example, during field work can advantageously be increased without loss of traction, with a coupling force target specification being maintained.
  • a wheel slip SRad is determined on the vehicle wheels of at least one electrically driving axle of the trailer vehicle and on the vehicle wheels of at least one driving axle of the towing vehicle, and that a determined wheel slip SRad of the trailer vehicle and a determined wheel slip SRad of the towing vehicle is taken into account in the event that a predetermined slip difference limit value is exceeded in the drive control of the trailer vehicle and/or the towing vehicle to adjust the wheel slips SRad on the towing vehicle and the trailer vehicle.
  • Wheel slip on the drive wheels can be detected and quantified, for example, by comparing the wheel speeds measured by means of speed sensors on the driven vehicle wheels and on the non-driven vehicle wheels. If a significantly different wheel slip is detected on the towing vehicle and the trailer vehicle, this can lead to abrupt changes in the coupling force between the vehicles. This can be done using the drive control or brake control of the trailer can be counteracted. This function is particularly advantageous in off-road use with difficult or changing driving surface conditions, such as those often encountered when using a trailer and trailer for agricultural purposes, in order to achieve or maintain the coupling force target specification and at the same time minimize the drive power losses on both vehicles or cause damage to the driving surface to set the maximum transmittable drive torque.
  • a current operating state of a drive train of the towing vehicle is determined which corresponds to at least one current operating point of a drive machine of the towing vehicle in an energy consumption map and/or in a torque curve M(n) and/or in includes a performance curve and a current translation icetr of a vehicle transmission of the towing vehicle, and that the drive control of the trailer vehicle and/or the drive control of the towing vehicle is additionally determined and carried out as a function of the determined operating state of the drive train of the towing vehicle.
  • an advantageous adaptation of the drive torque distribution between the drive of the towing vehicle and the electric drive of the trailer vehicle can also take place as a function of the current operating state of the drive train of the towing vehicle.
  • the drive train of the towing vehicle can have, for example, an internal combustion engine and a variable speed transmission that is drive-connected to the internal combustion engine. Not only the characteristics of a drive motor of the towing vehicle but also the gear ratios of the variable speed transmission are used to determine the overall efficiency of the drive train, which can then be processed in the control algorithm to calculate a specified electric drive torque of the trailer.
  • the electrical see the drive system of the trailer is switched to a recuperation mode for recuperating kinetic energy, with the kinetic energy of the trailer that has been converted into electrical energy being fed into an electrical energy store or into an on-board network of the vehicle combination, and with a required braking torque MB_F being generated if necessary Service brake of the towing vehicle and / or the trailer vehicle is also activated.
  • a braking process of the vehicle combination can be supported by recuperation of kinetic energy on the electrically driving vehicle axle(s) of the trailer.
  • the recuperation mode is activated via the control device as a function of monitoring the coupling force target specification.
  • the lateral force limit value and the values of these forces currently determined by the sensor device, as well as the driver's current braking torque request, the support load acting on the trailer hitch and the current operating state of the drive train of the towing vehicle can also advantageously be used as input variables. This allows the recuperation mode to be controlled very precisely and efficiently.
  • a special device is required to carry out a method according to the invention for drive control of a vehicle combination.
  • the invention therefore also relates to a device for controlling the drive of a vehicle combination, which has a towing vehicle and a trailer vehicle that can be coupled to this towing vehicle, with both vehicles being able to have a driving and braking effect during operation, with the trailer vehicle having an electric drive system, with a coupling element
  • a sensor device that can be arranged on a trailer device of the towing vehicle has a coupling force that can be transmitted from a counter-coupling element of the trailer vehicle to the coupling element of the towing vehicle Fx, F y , Fz can be determined, and both vehicles can be tuned to one another driving and braking by means of an electronic control device of the towing vehicle and/or the trailer vehicle depending on the determined coupling force x , F y , Fz.
  • the invention also provides that the sensor device has a multi-armed carrier, which can be arranged on the coupling element of the trailer device for coupling the towing vehicle to the trailer vehicle and can be connected to it, that one acting as a force sensor on each measuring arm of the carrier strain gauge rosette is arranged, that the sensor device is also assigned an electronic measurement data acquisition and evaluation unit, that the measurement data acquisition and evaluation unit is electrically connected or can be connected to the strain gauge rosettes on the input side and to the electronic control device on the output side, that the measurement data acquisition and evaluation unit for the acquisition and evaluation of electrical sensor signals that are caused by force-related and/or moment-related deformations of the hitch and are correlated with strain changes in the strain gauge rosettes are formed in all three spatial directions, with the measurement data acquisition and evaluation unit having an electronic circuit and/or a computer program with an algorithm, by means of which the detected sensor signals, the coupling forces Fx, F y , Fz acting on the coupling element, coupling bending moments and/or their components can
  • This sensor device enables the determination of coupling forces and coupling torques on a hitch in all three spatial directions and in a chronological order, with high accuracy and a sensitive response being achieved.
  • the sensor device makes use of the fact that the use of strain gauge rosettes in combination with a mechanical carrier in the form of a measuring cross, measuring frame or the like, with several measuring men, enables an exact measurement of coupling forces in all three spatial dimensions.
  • the sensor device is particularly suitable and can be used advantageously for carrying out a method for controlling the drive of a vehicle train, in which both vehicles can act to drive and brake.
  • the sensor device has a mechanical component and an electronic component.
  • the mechanical component is a multi-armed, for example cross-shaped carrier.
  • the electronic component is an arrangement of several rosettes of strain gauges, which is connected in terms of signals, for example electrically, to a measurement data acquisition and evaluation unit.
  • the carrier which essentially consists of several measuring arms, is mounted with a friction fit on a coupling element of the trailer hitch of the towing vehicle. This is done in such a way that in the combination of the two vehicles, a coupling force is transmitted from a counter-coupling element of the trailer vehicle to the coupling element of the towing vehicle.
  • a coupling force causes the measuring arms to react with longitudinal and/or torsional expansions to the reversible deformations of the trailer hitch caused by mechanical stresses when the vehicle combination is being driven or maneuvered.
  • the linear and/or torsional strains of the measuring arms are in turn transferred to the strain gauge rosettes, one of which is arranged on each measuring arm.
  • a strain gauge rosette with three strain gauges arranged at an angle to one another advantageously generates a plurality of electrical signals and enables the actual three-dimensional strain of the measuring arm to be reconstructed and thus forces and moments to be measured in all spatial directions.
  • the deformation of the hitch can affect the measuring arms of the measuring cross in different ways, so that the measuring arms experience measurable differences in strain and the strain gauge rosettes experience different strains. From the electrical signals caused by the expansion ments, and from the differences in expansion of the individual arms, after a previous calibration, the actual forces and moments that act on the hitch can be deduced with great accuracy in terms of magnitude and direction.
  • the invention can use known mathematical methods to evaluate the electrical signals from the changes in strain of the rosette strain gauges.
  • a precise reconstruction of the amplitude and direction of forces and moments acting on the hitch can therefore be carried out according to the principle of vectorial addition of the strain measurement signals of the individual sub-strain gauges of the rosettes.
  • Algorithms and electronic circuits for evaluating strains of strain gauge rosettes are already known. For example, reference is made to DE 16 48 385 A, which describes a strain gauge rosette calculator for a strain gauge rosette made up of three strain gauges arranged at an angle to one another.
  • the strain gauge rosettes are electrically connected to one another in a suitable manner in order to obtain direction- and size-dependent separate electrical signals from the strain-related electrical resistance changes of the individual strain gauges as input variables for the calculation of the desired vectorial information of the force components acting on the hitch.
  • the measurement data acquisition and evaluation unit can be arranged directly on the carrier of the sensor device, so that the determined force information is forwarded to the electronic control device via a data connection, for example a CAN data bus present in the vehicle.
  • a data connection for example a CAN data bus present in the vehicle.
  • the raw measured values which are generated by the strain gauge rosettes on the measuring arms of the measuring cross, can first be recorded and digitized on a printed circuit board arranged on the carrier.
  • the evaluation can then be carried out in a remote control device which is integrated into the control device or works as a separate control device which makes the information evaluated there available.
  • the carrier of the sensor device has four measuring arms extending radially from a central carrier part, that the measuring arms are each offset by about 60° to an adjacent measuring arm and by about 120° to another adjacent measuring arm are arranged offset, that a strain gauge rosette consisting of three strain gauges is arranged on each gauge arm in the area of its free end remote from the central support part, that in each case a middle strain gauge of a strain gauge rosette is aligned in the direction of an imaginary longitudinal axis of the gauge arm, and that the two strain gauges adjacent to the middle strain gauge are arranged at an angle of 45° to the left and right next to it.
  • a sensitive measuring device With such a measuring cross-shaped carrier with strain gauge rosettes, a sensitive measuring device is available with which even the smallest coupling forces can be measured in all three spatial dimensions.
  • three strain gauges arranged on a flat surface of a measuring arm form an angle of 90°.
  • a resulting expansion angle of the measuring arm can be determined from the measurement signals.
  • the forces and moments acting on the hitch can be precisely reconstructed in all three spatial directions from the actual angle of expansion of each measuring arm arranged on the carrier and the differences in the angle of expansion on the individual measuring arms.
  • the invention also relates to a vehicle combination consisting of a towing vehicle and a trailer, such as an agricultural tractor with an attachment or trailer coupled to it, another off-highway vehicle combination, a tractor with a trailer from the construction or mining industry, a Lorry for heavy and special transport or an articulated lorry, with a device for its drive control, which is constructed according to one of the device claims and can be operated to carry out a method according to one of the method claims.
  • a vehicle combination consisting of a towing vehicle and a trailer, such as an agricultural tractor with an attachment or trailer coupled to it, another off-highway vehicle combination, a tractor with a trailer from the construction or mining industry, a Lorry for heavy and special transport or an articulated lorry, with a device for its drive control, which is constructed according to one of the device claims and can be operated to carry out a method according to one of the method claims.
  • a vehicle combination consisting of a towing vehicle and a trailer, such as an agricultural tractor with an attachment or trailer coupled to it
  • FIG. 2 shows a vehicle combination consisting of a towing vehicle and a trailer vehicle in a schematic plan view
  • FIG. 3 shows a schematic, greatly simplified sectional view of a hitch with a built-in carrier of a sensor device for carrying out a method according to the invention
  • Fig. 4 is a front perspective view of the carrier of Fig. 3, and
  • FIG. 5 shows the sensor device with a rear view of the carrier according to FIG. 4 with an arrangement of strain gauge rosettes.
  • vehicle combination 1 is an agricultural vehicle combination with a tractor and a central axle trailer coupled to the tractor.
  • vehicle combination could also be a tractor unit with a semi-trailer or a vehicle combination constructed differently.
  • the towing vehicle 2 shown in FIG. 2 has a front axle 4 and a rear axle 5 (not visible).
  • the rear axle 5 is designed as a driving axle, which can be driven by an internal combustion engine via a transmission.
  • the towing vehicle 2 is equipped with a trailer hitch 6, only indicated in FIG.
  • the trailer vehicle 3 has a central axle assembly with two trailer axles 7, 8 that are close together.
  • the trailer vehicle 3 is also equipped with an electric drive system 9, which is only indicated in FIG.
  • the rear, second trailer axle 8 is provided as an electrically driving axle.
  • both trailer axles 7, 8 can also be designed to be electrically driven.
  • the electric drive system 9 can also have more than one electric machine. For example, each driving trailer wheel can be drive-connected to its own electrical machine.
  • the trailer hitch 6 of the towing vehicle 2 is designed as an automatically locking jaw-pin coupling with a coupling element 10 in the form of a coupling jaw (see FIG. 3).
  • a drawbar 11 is rigidly fastened to the front of the trailer vehicle 3 .
  • the drawbar 11 has a counter-coupling element 12 in the form of a spherical socket coupling or towing eye, which can be connected in an articulated manner to the trailer device 6 of the towing vehicle 2 .
  • the counter-coupling element 12 of the drawbar 11 of the trailer vehicle 3 is designed as a towing eye in the present example, which is pushed into the coupling mouth of the trailer device 6 to couple the two vehicles 2, 3, with a bolt falling through the towing eye with spring force and locked in this position.
  • the two vehicles 2, 3 are connected to one another in an articulated and non-positive manner, so that a coupling force can be transmitted from the counter-coupling element 12 of the trailer vehicle 3 to the coupling element 10 of the towing vehicle 2.
  • the hitch 6 has a box-shaped standard hitch bracket 15, a standard coupling carrier 16 with locking means for fixing to the hitch 15, a connection plate 17, and the coupling element 10 in the form of a coupling mouth with a rear base plate 18.
  • the carrier 14 is aligned perpendicular to an imaginary geometric longitudinal axis 19 of the vehicle combination 1 .
  • DE 10 2018 106 855 A1 describes a similar standard trailer hitch 15 and a similar standard coupling carrier 16 so that they do not need to be explained further here. It is only important that the carrier 14 is firmly clamped between the hitch 15 and the coupling element 10 in order to fulfill its measuring tasks. Irrespective of this, the disclosure content of DE 10 2018 106 855 A1 is included in this description.
  • FIG. 4 and 5 schematically show the already mentioned sensor device 13, in Fig. 4 with a view of the front side of the carrier 14 facing away from the trailer vehicle 3 and in Fig. 5 with a view of the rear side of the carrier 14 facing the trailer vehicle 3 5 also shows the entire device 40 for drive control, in particular for drive control of the trailer vehicle 3 of the vehicle combination 1 .
  • the carrier 14 has the form of a four-armed measuring cross.
  • the four-armed carrier 14 is only to be viewed as an exemplary form of a multi-armed carrier.
  • the carrier 14 shown in FIG. 4 and FIG. 5 has two measuring arms 20a, 20b, 20c, 20d arranged offset from one another by 60° or 120° to measure coupling forces and coupling torques on the hitch 6.
  • At the respective free end of these measuring arms 20a, 20b, 20c, 20d are formed axially projecting eyes 21a, 21b, 21c, 21d with through holes 22a, 22b, 22c, 22d.
  • the carrier 14 is provided with a central carrier part 23 designed as a hub and protruding axially on one side, which is essentially cylindrical but has flattened edges and a central threaded bore 24 .
  • a strain gauge rosette 25a, 25b, 25c, 25d is slightly recessed and arranged as close as possible to the respective associated eye 21a, 21b, 21c, 21d and is firmly connected to the carrier material, for example by a material bond.
  • Each of these strain gauge rosettes 25a, 25b, 25c, 25d consists of three individual strain gauges, with a middle strain gauge of a strain gauge rosette being aligned in the direction of an imaginary longitudinal axis of the associated measuring arm 20a, 20b, 20c, 20d and the two strain gauges adjacent to the middle strain gauge around are arranged at an angle of 45° to the left and right.
  • strain gauge rosettes 25a, 25b, 25c, 25d enable the detection and evaluation of force- and/or torque-related reversible deformations of the hitch 6 in all three spatial directions according to size and direction and in chronological order.
  • the strain gauge rosettes 25a, 25b, 25c, 25d are each connected to an electronic measurement data acquisition and evaluation unit 27 via a six-wire electrical line 26a, 26b, 26c, 26d.
  • the measurement data acquisition and evaluation unit 27 can be arranged directly on the carrier 14 or remotely from it.
  • the measurement data acquisition and evaluation unit 27 has electronic computing means and storage means known per se, by means of which the electrical signals, which are correlated with strains or with strain changes of the strain gauge rosettes 25a, 25b, 25c, 25d, can be evaluated in order to determine forces and moments to which the hitch 6 is exposed.
  • the measurement data acquisition and evaluation unit 27 has an electrical or optical interface 28 for transmission of the coupling force information digitized and amplified in the measurement data acquisition and evaluation unit 27 to an electronic control device 30 .
  • the electronic control device 30 is in particular for controlling the electric drive system 9 of the trailer vehicle 3 depending on the transmitted Formed coupling force information and possibly other available information relevant to the electrical operation of the trailer vehicle 3.
  • the electronic control device 30 can also be part of an expanded control system for various control tasks, for example for controlling the brake pressure of an electropneumatic trailer brake system. However, this is not the subject of the present invention.
  • the data transmission between the measurement data acquisition and evaluation unit 27 and the electronic control device 30 takes place via a data connection line 31 .
  • the previously described sensor device 13 arranged on the hitch 6 of the towing vehicle 2 enables the implementation of the method with the features of the invention for drive control of the vehicle combination 1. This is explained below with reference to the block diagram shown in FIG.
  • sensor signals are generated on the carrier 14 of the sensor device 13, from which the current values of the coupling force Fx in the longitudinal direction of the vehicle, i.e. the current tensile or shear force, the coupling force F y in the vehicle transverse direction, i.e. the lateral force, and the current coupling force F y in the vehicle vertical direction, as the current support load, can be determined.
  • the determined values are then forwarded to the electronic control device 30 via the interface 28 and the data connection line 31 directly or via an existing data bus 34, for example a CAN bus.
  • a correctly coupled driving trailer vehicle 3 is then reliably identified if at least one coupling force value not equal to zero is determined when the vehicle is stationary or at the latest when starting off, i.e. Fx + 0 and/or F y + 0 and/or F z + 0 , and when an electrical connection between the control device 30 and the electric drive system 9 is established and recognized as ready.
  • a non-volatile data memory 32 of the control device 30 are, among other things, the value of a target coupling force F x _ziei in the vehicle longitudinal direction, which at a suitably high level of this Pertinent request from the driver is to be achieved with the participation of the electric drive system 9 of the trailer vehicle 3, and a limit value Fyjim of the coupling force in the vehicle transverse direction, which must not be exceeded, is stored.
  • the driver can advantageously vary these specifications or limit values within specified limits using a display and operating device 33 .
  • Control device 30 also receives the value of a current drive torque request MA_F from the driver, which is signaled, for example, via an accelerator pedal position on the towing vehicle and is available in data bus 34, or the value of a current braking torque request MB_F from the driver, which corresponds to the current operating situation, which is, for example, via a Brake pedal position on the towing vehicle 2 is signaled by the driver.
  • further information can be made available to the control device 30 via the data bus 34 present on the vehicle combination 1 .
  • these are current wheel slips SRad on the driving wheels of the towing vehicle 2 and/or the trailer vehicle 3, and these wheel slips SRad should be matched to one another as far as possible when the method is carried out.
  • a current operating point M(n) of an internal combustion engine of towing vehicle 2 in a torque curve and/or in a consumption map and a current transmission ratio icetr of a change-speed gearbox can be forwarded to control device 30 as information, with an efficiency of the internal combustion engine and an efficiency of the gearbox in their mutual interaction are to be processed together.
  • the control device 30 processes the aforementioned input values in a computing algorithm and uses them to determine the value for an electrical drive torque MA_ 6 I or the value for an electrical braking torque Mß_ei of the trailer vehicle 3 for each operating situation that comes into question, which are then generated by the electrical drive system 9. to support the drive of the towing vehicle 2 or to relieve the friction brakes of the vehicle combination 1. This is done in such a way that the coupling force Fx in the longitudinal direction of the vehicle under tion of the safety-relevant transverse force limit value Fyjim is at least approximately achieved and maintained, and at the same time in such a way that the most energy-saving and traction-optimized operation of the entire drive train and safe ferry operation of the vehicle train 1 is always guaranteed.
  • An exemplary scenario could look as follows: an agricultural vehicle combination with a loaded trailer vehicle 3 is moving on a field on a hillside.
  • the electric drive of the trailer vehicle supports the propulsion, with the control device 30 adjusting the pulling coupling force to the target specification. If wheel slip occurs, the control device 30 counteracts the wheel slip on the driving axle of the vehicle in question by varying the electric drive of the trailer vehicle 3 .
  • the electric drive of the trailer vehicle 3 is used to adjust the respective wheel slips.
  • driving downhill the electric drive of the trailer vehicle 3 is switched to the recuperation mode as soon as the pushing coupling force exceeds the target specification.
  • the target specification is met by suitable regulation of the electric machine of trailer vehicle 3, which is now operated as a generator. If necessary, the service brakes of the vehicle combination 1 are switched on in order to generate the requested braking torque. If the vehicle train 1 begins to become unstable when cornering in traction or overrun mode and if a coupling force above the lateral force limit value is detected, the electric drive of the trailer vehicle 3 is reduced or switched off. If the internal combustion engine and/or the transmission is operated at an operating point and/or with a transmission ratio with high fuel consumption, the electric drive of the trailer vehicle 3 is varied in such a way that the unfavorable operating point or the unfavorable transmission ratio is left by the engine and transmission control .
  • List of reference symbols (part of the description)

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung (40) zur Antriebssteuerung eines Fahrzeugzuges (1), welcher ein Zugfahrzeug (2) und ein daran angekoppeltes Anhängefahrzeug (3) aufweist, wobei beide Fahrzeuge (2, 3) antreibend und bremsend wirksam sind, wobei das Anhängefahrzeug (3) ein elektrisches Antriebssystem (9) aufweist, wobei mittels einer an einem Koppelelement (10) einer Anhängevorrichtung (6) des Zugfahrzeugs (2) angeordneten Sensoreinrichtung (13) eine von einem Gegenkoppelelement (12) des Anhängefahrzeugs (3) auf das Koppelelement (10) des Zugfahrzeugs (2) übertragene Koppelkraft (Fx, Fy, Fz) ermittelt wird, und wobei beide Fahrzeuge (2, 3) mittels einer elektronischen Steuereinrichtung (30) des Zugfahrzeugs (2) und/oder des Anhängefahrzeugs (3) antreibend sowie bremsend in Abhängigkeit von der ermittelten Koppelkraft (Fx, Fy, Fz) aufeinander abgestimmt werden. Hierbei ist gemäß der Erfindung im Wesentlichen vorgesehen, dass mittels der elektronischen Steuereinrichtung (30) ein Antriebsmoment (MA_el) oder ein Bremsmoment (MB_el) des Anhängefahrzeugs (3) zum Erreichen einer Koppelkraftzielvorgabe (Fx_ziel) in Fahrzeuglängsrichtung unter Berücksichtigung eines Koppelkraftgrenzwertes (Fy_lim) in Fahrzeugquerrichtung sowie unter Berücksichtigung einer Antriebsmomentanforderung oder Bremsmomentanforderung (MA_F, MB_F) des Fahrers bestimmt und erzeugt wird. Die Sensoreinrichtung (13) weist einen mehrarmigen Träger (14) mit an den Messarmen (20a - 20d) als Kraftsensoren in allen drei Raumrichtungen wirksamen Dehnungsmessstreifenrosetten (25a - 25d) auf.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Antriebssteuerung eines Fahrzeugzugs
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Antriebssteuerung eines Fahrzeugzuges, welcher ein Zugfahrzeug und ein an dieses Zugfahrzeug angekoppeltes Anhängefahrzeug aufweist, wobei beide Fahrzeuge antreibend und bremsend wirksam sind, wobei das Anhängefahrzeug ein elektrisches Antriebssystem aufweist, wobei mittels einer an einem Koppelelement einer Anhängevorrichtung des Zugfahrzeugs angeordneten Sensoreinrichtung eine von einem Gegenkoppelelement des Anhängefahrzeugs auf das Koppelelement des Zugfahrzeugs übertragene Koppelkraft ermittelt wird, und wobei beide Fahrzeuge mittels einer elektronischen Steuereinrichtung des Zugfahrzeugs und/oder des Anhängefahrzeugs antreibend und bremsend in Abhängigkeit von der ermittelten Koppelkraft aufeinander abgestimmt werden. Außerdem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens sowie einen Fahrzeugzug mit einer derartigen Einrichtung.
Das dynamische Verhalten von derartigen Fahrzeugzügen, wie beispielsweise landwirtschaftliche Traktoren mit daran angekoppelten Anhängefahrzeugen oder Anbaugeräten, oder andere Nutzfahrzeugzüge, die auf normalen Straßen oder im Gelände im Einsatz sind, oder Sattelzügen für Schwertransporte, wird wesentlich durch die Bewegungen des Anhängefahrzeugs und die dabei auftretenden Zug-, Schub- und Querkräfte beeinflusst. Wenn zukünftig die Anhängefahrzeuge derartiger Fahrzeugzüge mit antreibbaren Achsen ausgerüstet werden, ist die möglichst genaue Kenntnis der aktuell wirksamen Koppelkräfte an deren Anhängevorrichtungen eine wichtige Voraussetzung, um einen sicheren und effizienten Betrieb eines solchen Fahrzeuggespanns zu gewährleisten.
Allerdings beschränkt sich die Ermittlung von Koppelkräften für derartige Fahrzeugzüge bisher meistens nur auf die Fahrzeuglängsrichtung zur Ermittlung von Schubkräften oder Zugkräften und beruht häufig nur auf indirekten Messungen und Abschätzungen während bestimmter Manöver, wie beispielsweise bei Bremsvorgängen. Im landwirtschaftlichen Anwendungsbereich bekannt sind Koppelkraftmessungen an einer Dreipunktaufhängung einer Anhängevorrichtung eines Traktors, welche Informationen über eine in Längsrichtung des landwirtschaftlichen Zuges wirksame Kraft liefern. Diese Koppelkraftmessungen sind jedoch für eine sichere und effektive Ansteuerung von Fahrzeugzügen mit elektrisch abtreibbaren Anhängefahrzeugen unzureichend. Benötigt wird eine kontinuierliche Ermittlung der auftretenden Kräfte und Momente an der Anhängevorrichtung in allen drei Raumrichtungen.
Zudem soll mit Hilfe einer Rekuperation von kinetischer Bewegungsenergie des Anhängefahrzeugs bei Bremsmanövern ein kraftstoffsparender sowie emissionsarmer Betrieb des Fahrzeugzuges erreicht werden. Dabei sollen während des Aufladens eines elektrischen Energiespeichers im generatorischen Betrieb der an den antreibbaren Achsen des Anhängers verbauten elektrischen Maschinen gleichzeitig die Reibungsbremsen entlastet und dadurch der Verschleiß der Reibungsbremsen verringert werden. Außerdem soll mit Hilfe von elektrisch antreibenden Anhängerachsen eine verbesserte Traktion in anspruchsvollen Fahrsituationen, wie bei steilen Bergauffahrten oder bei rutschigen Untergrundbedingungen, sowie eine erhöhte Beschleunigungsfähigkeit der Fahrzeugkombination ermöglicht werden.
Zum anderen kann es bei einer falschen oder fehlenden Bremsabstimmung zu überhöhten Kopplungskräften und insbesondere zu sehr hohen Schubkräften zwischen dem Zugfahrzeug und dem Anhängefahrzeug sowie in der Folge zur Instabilität des Fahrzeugzuges kommen. Dieses kann beispielsweise bei Bergabfahrten zu gefährlichen Situationen führen. Insbesondere wird ein unter Umständen gefährliches Einknicken der Fahrzeugkombination, das sogenannte „Jack-Kn ifing“, in kritischen Fahrsituationen zu vermeiden sein. Die Antriebssteuerung soll daher mithilfe des elektrischen Antriebs des Anhängers solchen unerwünschten Situationen gezielt entgegenwirken. Dies alles erfordert eine möglichst genaue Kenntnis der auftretenden Kräfte und Momente an der Anhängevorrichtung in allen drei Raumrichtungen zu jedem Zeitpunkt im Betrieb des Fahrzeugzugs.
Weiter kann eine kontinuierliche Ermittlung der auftretenden Kräfte und Momente an der Anhängevorrichtung zusätzlich zu einer permanenten Überwachung der Zug- und Schubkräfte zwischen den miteinander gekoppelten Fahrzeugen zur Ermittlung für die Bestimmung weiterer wichtiger aktueller Informationen genutzt werden, wie dem aktuellen Knickwinkel der Koppelvorrichtung, dem Ladungszustand des Anhängefahrzeugs oder die Neigung des Fahrzeugaufbaus. Diese Informationen können als Regelgrößen für Fahrdynamikregelsysteme in Fahrzeugkombinationen, beispielsweise für elektrische Antriebssysteme, für elektronische Bremssysteme, elektronische Stabilitätskontrollen und elektronische Niveauregelungen oder für Fahrerassistenzsysteme zur Verfügung gestellt werden. Durch die zukünftige Elektrifizierung der Antriebsstränge gewinnt die genaue Kenntnis von Koppelkräften und Koppelmomenten für die Regelung von elektrischen Antriebssystemen in Fahrzeugkombinationen erkennbar zunehmend an Bedeutung.
Aus der US 2007 0193 795 A1 ist ein Anhängefahrzeug mit einem elektrischen Antrieb bekannt, bei dem die Antriebsräder an einer Anhängerachse von jeweils einer elektrischen Maschine antreibbar sind. Eine zwischen einem Zugfahrzeug und dem Anhängefahrzeug übertragene Kraft wird nach Größe und Richtung mittels eines Kraftsensors gemessen. Außerdem wird mit einem Sensor eine Querbeschleunigung des Anhängefahrzeugs gemessen. Das Kraftsignal und das Querbeschleunigungssignal werden einer Steuerung zur Verfügung gestellt. Die Steuerung sendet Steuersignale in Abhängigkeit von dem Sensorsignal des Kraftsensors an die beiden elektrischen Maschinen, um diese wahlweise in einem regenerativen Bremsmodus oder in einem Antriebsmomentmodus zu betreiben. Der Bremsmodus wird aktiviert, wenn die von dem Kraftsensor gemessene Kraft einen vorgegebenen Wert bei der Abbremsung des Anhängefahrzeugs überschreitet. Der Antriebsmomentmodus wird aktiviert, wenn die von dem Kraftsensor gemessene Kraft einen vorgegebenen Wert bei der Beschleunigung des Anhängefahrzeugs überschreitet. Zwischen den beiden Modi können die elektrischen Maschinen in einen Leerlaufzustand geschaltet werden.
Die EP 2 394 890 B1 offenbart ein Verfahren für eine Fahrzeugkombination mit einem Zugfahrzeug und einem elektrisch antreibbaren Anhängefahrzeug, mit einem Antriebsschlupfsystem und einem Antiblockiersystem, wobei zur Steuerung der Zug- kraft und/oder des Bremsens von an den Rädern angeordneten elektrischen Maschinen zumindest einer Achse des Anhängers, mit einem Kraftsensor eine Zugkraft oder eine Schubkraft, welche auf den Anhänger ausgeübt wird, gemessen wird. Ein elektrisches Antriebsmoment wird erzeugt, wenn das Antriebsschlupfsystem inaktiv ist, die Fahrgeschwindigkeit ungleich Null ist, und eine negative Kraft, also eine Zugkraft, gemessen wird. Ein elektrisches Bremsmoment wird dagegen erzeugt, wenn ein Antiblockiersystem inaktiv ist, die Fahrgeschwindigkeit ungleich Null ist, und eine positive Kraft, also eine Schubkraft, gemessen wird. Der elektrische Antrieb des Anhängefahrzeugs soll im Betrieb der Fahrzeugkombination derart eingesetzt werden, dass die Antriebsleistungen des Zugfahrzeugs mit Anhänger und des Zugfahrzeugs ohne Anhänger gleich groß sind.
Aus der DE 20 2020 003 111 U1 ist ein Antriebsregelsystem für ein elektrisch antreibendes Anhängefahrzeug bekannt, bei dem ein Linearsensor in Form eines Hallsensors in Abhängigkeit von einer zwischen dem Zugfahrzeug und dem Anhängefahrzeug wirkenden Schubkraft oder von einer Zugkraft ein elektrisches Signal erzeugt, mittels dem eine Antriebsleistung oder eine Rekuperation des elektrischen Antriebs geregelt wird. Die Regelung erfolgt derart, dass der Kraftaufwand zum Fahren mit dem Anhängefahrzeug dem Kraftaufwand zum Fahren ohne Anhänger gleich sein soll. Auch beim Bremsen soll das Anhängefahrzeug das Zugfahrzeug nicht schieben.
Die DE 10 2010 042 907 A1 beschreibt ein Rekuperationssystem für einen elektrisch angetriebenen Fahrzeuganhänger, bei dem ein Umwandlungsgrad, mit dem die kinetische Energie des Fahrzeuganhängers während eines positiven oder eines negativen Beschleunigungsvorgangs des Fahrzeuganhängers in elektrische Energie umwandelt wird, mit einer Kraft in Beziehung gesetzt wird, welche von dem Zugfahrzeug auf den Fahrzeuganhänger ausgeübt wird. Die Kraft wird von einem Kraftsensor in Form eines Piezosensors gemessen.
Aus der WO 2021 013 540 A1 ist ein Verfahren zum Ansteuern eines elektrischen
Antriebs eines Anhängefahrzeugs einer Zugfahrzeug-Anhängefahrzeug-Kombination bekannt, bei dem eine aktuelle Masse des Zugfahrzeugs und optional zusätzlich eine aktuelle Masse des Anhängefahrzeugs sowie eine aktuelle Antriebskraft des Zugfahrzeugs bestimmt werden. In Abhängigkeit der aktuellen Masse beziehungsweise Massen und der aktuellen Antriebskraft sowie optional zusätzlich in Abhängigkeit von einem aktuellen Schlupf mindestens eines angetriebenen Rades des Zugfahrzeugs, wird eine aktuelle Beschleunigungsanforderung für den elektrischen Antrieb des Anhängefahrzeugs bestimmt. Der elektrische Antrieb des Anhängefahrzeugs wird in Abhängigkeit von der Beschleunigungsanforderung derart angesteuert, dass die gewünschte Beschleunigung des Anhängefahrzeugs kleiner oder gleich der aktuellen Beschleunigung des Zugfahrzeugs ist. Folglich führt das Zugfahrzeug immer eine vergleichsweise gleiche oder größere Beschleunigung im Antriebsfall oder im Bremsfall aus als das Anhängefahrzeug. Ein Schieben des Zugfahrzeugs durch das Anhängefahrzeug wird dadurch verhindert. Eine Sensorik zum Bestimmen der aktuellen Massen des Zugfahrzeugs und des Anhängefahrzeugs sowie zum Bestimmen der aktuellen Antriebskraft des Zugfahrzeugs wird als ohnehin in einer Nutzfahrzeug- Kombination vorhanden angenommen. Die entsprechenden Informationen können auch schon in einem Bremssteuergerät des Zugfahrzeugs beziehungsweise in einem Bremssteuergerät des Anhängefahrzeugs bereitstehen.
Die EP 3 162 606 B1 beschreibt ein Verfahren zur Antriebssteuerung einer Antriebsachse an einem Anhänger einer Zugfahrzeug-Anhänger-Kombination, bei dem in Abhängigkeit von gemessenen oder berechneten Aufstandskräften an den Achsen der Fahrzeugkombination und an einer Deichsel des Anhängers sowie in Abhängigkeit von der Antriebsleistung des Zugfahrzeugs eine Soll-Antriebsleistung für die Antriebsachse des Anhängers berechnet wird. Dabei erfolgt die Antriebssteuerung derart, dass ein maximal übertragbares Antriebsmoment an der Antriebsachse des Anhängers nicht überschritten wird, und/oder dass eine von einer Aufstandskraft oder hilfsweise von dem Gewicht des Zugfahrzeugs abhängige maximale Antriebskraft für den Anhänger nicht überschritten wird, und/oder dass ein von einem Benutzer oder einer Steuereinheit definierter Grenzwert einer maximalen Antriebsleistung und/oder Antriebskraft für den Anhänger nicht überschritten wird. Außerdem wird eine Radgeschwindigkeit an den Antriebsrädern der Antriebsachse ermittelt und ein Geschwin- digkeitsgrenzwert für die Radgeschwindigkeit zur Begrenzung eines Radschlupfes an diesen Antriebsrädern bestimmt sowie bei der Ansteuerung berücksichtigt.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Antriebssteuerung eines Fahrzeugzuges der eingangs genannten Art vorzustellen, mit dem eine weiter verbesserte Effizienz und zugleich eine weiter erhöhte Betriebssicherheit beim Einsatz eines elektrischen Antriebs eines Anhängefahrzeugs erreicht wird. Das Verfahren soll vor allem, aber nicht ausschließlich, zur Nutzung an Fahrzeugzügen dienen, welche sowohl auf normalen Straßen als auch im Gelände fahren (On-Road-Einsatz, Off-Road-Einsatz). Solche Fahrzeugzüge können beispielsweise landwirtschaftliche Zugmaschinen-Anhänger-Kombinationen sein, welche große Koppelkräfte an deren mechanischen Koppelstellen aufweisen, die durch wechselnde Untergrundbedingungen sowie spontan starke Fahrzeuggeschwindigkeitsänderungen entstehen.
Der Erfindung liegt zudem sie Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens vorzustellen. Diese Vorrichtung soll insbesondere eine dreidimensionale Messung von Koppelkräften ermöglichen, welche an den mechanischen Koppelelementen von Zugfahrzeug und Anhängefahrzeug wirken. Die Messung soll dabei mit einer hohen Messgenauigkeit und einem empfindlichen Ansprechverhalten möglich sein.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den jeweils zugeordneten Unteransprüchen entnehmbar sind.
Die Erfindung betrifft daher zunächst ein Verfahren zur Antriebssteuerung eines Fahrzeugzuges, welcher ein Zugfahrzeug und ein an dieses Zugfahrzeug angekoppeltes Anhängefahrzeug aufweist, wobei beide Fahrzeuge antreibend und bremsend wirksam sind, wobei das Anhängefahrzeug ein elektrisches Antriebssystem aufweist, wobei mittels einer an einem Koppelelement einer Anhängevorrichtung des Zugfahrzeugs angeordneten Sensoreinrichtung eine von einem Gegenkoppelelement des Anhängefahrzeugs auf das Koppelelement des Zugfahrzeugs übertragene Koppelkraft Fx, Fy, Fz ermittelt wird, und wobei beide Fahrzeuge mittels einer elektronischen Steuereinrichtung des Zugfahrzeugs und/oder des Anhängefahrzeugs antreibend und bremsend in Abhängigkeit von der ermittelten Koppelkraft Fx, Fy, Fz aufeinander abgestimmt werden.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe hinsichtlich des Verfahrens werden mindestens die folgenden Verfahrensschritte durchgeführt: a) Festlegen und Abspeichern einer Zielvorgabe Fx_ziei für eine Koppelkraft, welche in einer Fahrzeuglängsrichtung wirkt, in der elektronischen Steuereinrichtung, b) Festlegen und Abspeichern eines Grenzwertes Fy_iim für eine Koppelkraft, welche in einer Fahrzeugquerrichtung wirkt, in der elektronischen Steuereinrichtung, c) Erkennen eines angekoppelten, antreibend wirksamen Anhängefahrzeugs mittels der Sensoreinrichtung sowie durch d) Herstellen oder Aktivieren einer Steuerverbindung zwischen der Steuereinrichtung und dem elektrischen Antriebssystem des Anhängefahrzeugs, e) Ermitteln einer auf das Koppelelement wirkenden Koppelkraft Fx in der Fahrzeuglängsrichtung, f) Ermitteln einer auf das Koppelelement wirkenden Koppelkraft Fy in der Fahrzeugquerrichtung, g) Erfassen einer Antriebsmomentanforderung oder eine Bremsmomentanforderung MA_F, MB_F eines Fahrers, und h) Bestimmen sowie Erzeugen eines Antriebsmomentes MA_ei oder eines Bremsmomentes Mß_ei des Anhängefahrzeugs zum Erreichen der Koppelkraftzielvorgabe Fx_ziei in Fahrzeuglängsrichtung unter Berücksichtigung des Koppelkraftgrenzwertes Fy_iim in Fahrzeugquerrichtung und unter Berücksichtigung der Antriebsmomentanforderung eine Bremsmomentanforderung MA_F, MB_F mittels der elektronischen Steuereinrichtung.
Unter einer Fahrzeuglängsrichtung wird eine gedachte Längsachse durch den Fahrzeugzug verstanden. Unter einer Fahrzeugquerrichtung wird eine gedachte Quer- achse durch den Fahrzeugzug, also quer zur Fahrzeuglängsrichtung verstanden. Unter einer Fahrzeugvertikalrichtung wird eine gedachte Vertikalachse durch den Fahrzeugzug, vertikal zur Fahrzeuglängsrichtung, verstanden.
Bei einer Nutzung des vorgeschlagenen Verfahrens wird die Effizienz des Fahrzeugantriebs des Fahrzeugzuges verbessert und die Betriebssicherheit erhöht. Insbesondere wird ein kraftstoffsparender beziehungsweise energiesparender Fährbetrieb sowohl im On-Road-Einsatz als auch im Off-Road-Einsatz erreicht. Zudem wird eine bessere Traktion in schwierigen Fahrsituationen erreicht.
Demnach stellt die Erfindung eine Funktionalität zur Antriebssteuerung eines Fahrzeugzuges vor, die im Wesentlichen auf einer mehrdimensionalen Koppelkraftmessung an einer Anhängevorrichtung des Fahrzeugzuges beruht. Der Fahrzeugzug besteht dabei aus einem Zugfahrzeug und mindestens einem gezogenen Anhängefahrzeug, beispielsweise ein landwirtschaftliches Gespann mit einem Traktor und einem Anhänger oder ein Sattelschlepper mit einem Sattelauflieger. Ziel der Antriebssteuerung ist es, Antriebsmomentanforderungen oder Bremsmomentanforderungen für einen Anhängefahrzeug mit einer oder mehreren elektrisch antreibenden Achsen für eine möglichst effiziente Fahrt einerseits auf der Straße und andererseits abseits der Straße im Gelände zu bestimmen. Zugleich wird durch das vorgestellte Verfahren ein sicherer Betrieb ohne die Gefahr eines Einknickens des Fahrzeuggespanns bei der Nutzung des elektrischen Antriebs des Anhängefahrzeugs durch eine Überwachung der Koppelkräfte gewährleistet. Außerdem wird eine koppelkraftgesteuerte Bremsabstimmung zwischen den vorhandenen Bremssystemen des Fahrzeugzuges und einer Rekuperation an den elektrisch antreibenden Achsen des Anhängefahrzeugs zur Verfügung gestellt. Es ist dabei vorteilhaft, wenn dieses Verfahren zur Antriebssteuerung eines Fahrzeugzuges im Fährbetrieb kontinuierlich durchgeführt wird.
Bei der Koppelkraftzielvorgabe handelt es sich um einen vorgegebenen Wert für die Längskoppelkraft, also für die in Längsrichtung des Fahrzeugzuges wirkende Koppelkraft. Die Längskoppelkraft kann eine Zugkraft oder eine Schubkraft sein, welche an einem Koppelpunkt der Anhängevorrichtung angreift. Der zu nutzende Zielwert kann bei einem landwirtschaftlichen Gespann beispielsweise auf Fx_ziei = 5000 N eingestellt sein. Ein solcher Zielwert kann vorteilhaft durch einen Benutzer beispielsweise an einer Benutzeroberfläche eines Anzeigegeräts des Steuergeräts in bestimmten Grenzen eingestellt werden. In jedem Fall ist der Zielwert so vorkonfiguriert, dass diese Kraft in jeder Betriebssituation sicher durch die Anhängevorrichtung übertragen werden kann.
Die Koppelkraftzielvorgabe dient demnach vorteilhaft dazu, den Antrieb des Zugfahrzeugs bei einer entsprechend hohen, durch den Fahrer signalisiert Anforderung mittels des elektrischen Antriebs des Anhängefahrzeugs zu unterstützen. Dies insbesondere um hohe Zugkräfte auf ein Anhängefahrzeug übertragen zu können, beispielsweise beim Ziehen eines Anbaugerätes zur Bodenbearbeitung oder bei der Abfuhr eines voll beladenen Erntewagens. Eine sicherheitsrelevante Koppelkraftgrenze am Anhängepunkt der Anhängevorrichtung, nämlich die Zielvorgabe, soll dabei eingehalten werden. Dazu wird der elektrische Antrieb des Anhängers erforderlichenfalls zugeschaltet.
Bei geringeren Koppelkräften kann eine Zuschaltung des elektrischen Anhängerantriebs ebenfalls sinnvoll sein, wenn dies für den Gesamtwirkungsgrad des Antriebs des gesamten Fahrzeugzuges effizient und/oder komfortabel ist. Bei einer Gefällefahrt oder bei einer vergleichbaren schubkraftrelevanten Betriebssituation soll hingegen sichergestellt werden, dass das Zugfahrzeug keine oder höchsten eine solche Schubkraft des Anhängefahrzeugs in einer Größenordnung erfährt, welche über die Anhängevorrichtung von dem Zugfahrzeug gefahrlos aufgenommen werden kann. Hierbei wird insbesondere eine Querkraftkomponente berücksichtigt, sodass es keinesfalls zum Einknicken des Gespanns am Koppelpunkt kommen kann. Dazu kann der elektrische Antrieb im generatorischen Betrieb als Hilfsbremse bremsend eingesetzt werden.
Bei dem Querkraftgrenzwert handelt es sich um eine maximal zulässige Koppelkraft in Querrichtung des Fahrzeugzuges. Die Querkoppelkraft entspricht einer quer zur Längsachse der Anhängevorrichtung, also in einer Horizontalebene senkrecht zur Fahrrichtung im Koppelpunkt angreifenden Kraft oder einem angreifenden Moment. Dieser Querkraftgrenzwert kann bei einem landwirtschaftlichen Gespann beispielsweise auf Fyjim = 1000 N eingestellt sein. Sobald dieser Querkraftgrenzwert erreicht oder überschritten wird, wird aus Gründen der Fahrsicherheit und der Stabilität des Fahrzeugzuges das Antriebsmoment der wenigstens einen elektrischen Maschine im Anhängefahrzeug zumindest verringert, oder die elektrisch antreibbare Anhängerachse wird in einen Freilaufmodus geschaltet. Der Querkraftgrenzwert kann vorteilhaft durch einen Benutzer an einer Benutzeroberfläche des erwähnten Anzeigegeräts angepasst werden. Beispielsweise kann der Grenzwert auf rutschigem Untergrund von einem Fahrer des Zugfahrzeugs herabgesetzt werden, um die Fahrsicherheit in schwierigem Gelände zu erhöhen.
Demnach wird, je nach Betriebssituation im Zugbetrieb oder im Schubbetrieb, an den elektrisch antreibbaren Antriebsachsen des Anhängefahrzeugs ein sinnvoll hohes Antriebsmoment oder Bremsmoment erzeugt, um die Koppelkraftzielvorgabe am Koppelpunkt der Anhängevorrichtung im Betrieb des Fahrzeugzuges zu erreichen beziehungsweise einzuhalten, und insbesondere nicht zu überschreiten. Zugleich ist ein besonders effizienter Fährbetrieb erreichbar.
Der Koppelkraftzielvorgabe, der Querkraftgrenzwert und die mittels der Sensoreinrichtung aktuell ermittelten Werte dieser Kräfte sowie eine aktuelle Antriebsmomentanforderung oder Bremsmomentanforderung eines Fahrers an einen Antriebsmotor des Zugfahrzeugs beziehungsweise an eine Bremsanlage des Fahrzeugzuges werden als Eingangsgrößen in einem Steueralgorithmus der Steuereinrichtung für die Bestimmung eines Antriebsmoments oder eines Bremsmoments des elektrischen Antriebs des Anhängers verarbeitet. Die Fahreranforderung kann beispielweise durch eine jeweilige Fahrpedalstellung beziehungsweise durch eine jeweilige Bremspedalstellung signalisiert werden. Die Steuereinrichtung kann ein einzelnes Steuergerät umfassen, welches in dem Zugfahrzeug oder in dem Anhängefahrzeug angeordnet ist. Alternativ dazu können zwei Steuergeräte vorgesehen sein, von denen jeweils eines in dem Zugfahrzeug und dem Anhängefahrzeug angeordnet ist. Diese Steuergeräte können beispielsweise ein Bremssteuergerät des Zugfahrzeugs und/oder ein Bremssteuergerät des Anhängefahrzeugs und/oder ein Motorsteuergerät des Antriebsmotors des Zugfahrzeugs oder ein Motorsteuergerät der elektrischen Antriebsmaschine des Anhängefahrzeugs sein.
Für die Verarbeitung der Koppelkraftzielvorgabe und des Querkraftgrenzwerts stehen je nach Konfiguration der elektronischen Steuereinrichtung mehrere Optionen zur Verfügung. Beispielsweise können die genannten Eingangsgrößen Koppelkraftzielvorgabe in Fahrzeuglängsrichtung, Querkraftgrenzwert, aktuelle Koppelkraft in Fahrzeuglängsrichtung und aktuelle Querkraft in einen Steueralgorithmus des erwähnten Steuergeräts des Zugfahrzeugs implementiert sein oder als Messwerte zugeführt werden. Der vom Fahrer signalisierte Wunsch für bestimmtes Antriebsmoment oder eine bestimmte Bremswirkung werden diesem Steueralgorithmus ebenfalls zugeführt. Das Steuergerät berechnet anhand dieser Werte eine Drehmomentanforderung beziehungsweise eine Bremsmomentanforderung für die wenigstens eine Elektromaschine des Anhängefahrzeugs, welche dann dem entsprechend elektromotorisch oder generatorisch betrieben wird.
Alternativ dazu kann das Steuergerät des Zugfahrzeugs mittels der erwähnten Grenzwerte und Messwerte eine berechnete Drehmomentanforderung beziehungsweise Bremsmomentanforderung für die wenigstens eine Elektromaschine des Anhängefahrzeugs berechnen und die jeweils zutreffende Anforderung an ein Steuergerät des Anhängefahrzeugs senden. Dieses Steuergeräts des Anhängefahrzeugs steuert anschließend die wenigstens eine elektrische Antriebsmaschine des Anhängefahrzeugs.
Gemäß einer weiteren Alternative können die erwähnten Eingangsgrößen beispielsweise über eine CAN-Bus-Leitung an das Anhängersteuergerät gesendet werden. In dem Anhängersteuergerät wird in diesem Fall die Drehmomentanforderung beziehungsweise die Bremsmomentanforderung für den aktuellen Betrieb der wenigstens einen elektrischen Antriebsmaschine des Anhängefahrzeugs berechnet und diese entsprechend angesteuert. Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens gemäß der Erfindung kann vorgesehen sein, dass eine auf das Koppelelement der Anhängevorrichtung des Zugfahrzeugs wirkende Koppelkraft Fz in einer Fahrzeugvertikalrichtung ermittelt wird, und dass die Antriebssteuerung des Anhängefahrzeugs und/oder die Antriebssteuerung des Zugfahrzeugs zusätzlich in Abhängigkeit von dieser Koppelkraft Fz in der Fahrzeugvertikalrichtung betrieben wird.
Demnach kann zur Antriebssteuerung des Anhängerantriebs zusätzlich eine auf die Anhängevorrichtung wirkende Stützlast berücksichtigt werden. Die Antriebsleistungen des Zugfahrzeugs und des Anhängefahrzeugs können dabei in Abhängigkeit von der aktuellen Stützlast mittels der Steuereinrichtung aufeinander abgestimmt werden. So kann insbesondere bei einer vergleichsweise hohen, in Richtung zum Boden weisenden Stützkraft die Antriebsleistung beispielsweise eines Traktors bei der Feldarbeit ohne Traktionseinbußen vorteilhaft erhöht werden, wobei eine Koppelkraftzielvorgabe eingehalten wird.
Gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass an den Fahrzeugrädern wenigstens einer elektrisch antreibenden Achse des Anhängefahrzeugs sowie an den Fahrzeugrädern wenigstens einer antreibenden Achse des Zugfahrzeugs jeweils ein Radschlupf SRad ermittelt wird, und dass ein ermittelter Radschlupf SRad des Anhängefahrzeugs sowie ein ermittelter Radschlupf SRad des Zugfahrzeugs im Falle einer Überschreitung eines vorgegebenen Schlupfdifferenzgrenzwerts bei der Antriebssteuerung des Anhängefahrzeugs und/oder des Zugfahrzeugs zur Angleichung der zugfahrzeugseitigen und der anhängefahrzeugseitigen Radschlupfe SRad berücksichtigt wird.
Ein Radschlupf an den Antriebsrädern kann beispielsweise durch einen Vergleich der mittels Drehzahlsensoren gemessenen Raddrehzahlen an den angetriebenen Fahr- zeugrädern sowie an den nicht angetriebenen Fahrzeugrädern erkannt und quantifiziert werden. Wird ein signifikant unterschiedlicher Radschupf am Zugfahrzeug und am Anhängefahrzeug festgestellt, kann dies zu abrupten Änderungen der Koppelkraft zwischen den Fahrzeugen führen. Diesem kann mittels der Antriebssteuerung beziehungsweise Bremssteuerung des Anhängefahrzeugs entgegengewirkt werden. Diese Funktion ist insbesondere im Off-Road-Einsatz bei schwierigen oder wechselnden Fahruntergrundbedingungen, wie sie beispielsweise beim Einsatz eines ladwirtschaftlichen Gespanns häufig vorkommen, vorteilhaft, um die Koppelkraftzielvorgabe zu erreichen beziehungsweise einzuhalten und gleichzeitig die Antriebsleistungsverluste an beiden Fahrzeugen zu minimieren beziehungsweise ein auf den Fahruntergrund maximal übertragbares Antriebsmoment einzustellen.
Gemäß einer weiteren Variante des Verfahrens gemäß der Erfindung kann vorgesehen sein, dass ein aktueller Betriebszustand eines Antriebsstrangs des Zugfahrzeugs ermittelt wird, welcher mindestens einen aktuellen Betriebspunkt einer Antriebsmaschine des Zugfahrzeugs in einem Energieverbrauchskennfeld und/oder in einem Drehmomentverlauf M(n) und/oder in einem Leistungsverlauf sowie eine aktuelle Übersetzung icetr eines Fahrzeuggetriebes des Zugfahrzeugs umfasst, und dass die Antriebssteuerung des Anhängefahrzeugs und/oder die Antriebssteuerung des Zugfahrzeugs zusätzlich in Abhängigkeit von dem ermittelten Betriebszustand des Antriebsstrangs des Zugfahrzeugs bestimmt und durchgeführt wird.
Demnach kann eine vorteilhafte Anpassung der Antriebsmomentverteilung zwischen dem Antrieb des Zugfahrzeugs und dem elektrischen Antrieb des Anhängefahrzeugs zusätzlich in Abhängigkeit von der einem aktuellen Betriebszustand des Antriebsstrangs des Zugfahrzeugs erfolgen. Der Antriebsstrang des Zugfahrzeugs kann beispielsweise eine Brennkraftmaschine und ein mit der Brennkraftmaschine triebverbundenes Stufenwechselgetriebe aufweisen. Dabei werden nicht nur die Kennlinien eines Antriebsmotors des Zugfahrzeugs sondern auch die Übersetzungsstufen des Stufenwechselgetriebe herangezogen, um einen Gesamtwirkungsgrad des Antriebsstrangs zu ermitteln, welcher dann in dem Steueralgorithmus zur Berechnung eines vorzugebenden elektrischen Antriebsmoments des Anhängers verarbeitet werden kann.
Weiter kann verfahrensgemäß vorgesehen sein, dass bei einem Bremsvorgang des Fahrzeugzuges, unter Berücksichtigung der Koppelkraftzielvorgabe Fx_ziei das elektri- sehe Antriebssystem des Anhängefahrzeugs in einen Rekuperationsmodus zur Re- kuperation von kinetischer Energie umgeschaltet wird, wobei die in elektrische Energie umgewandelte kinetische Energie des Anhängefahrzeugs in einen elektrischen Energiespeicher oder in ein Bordnetz des Fahrzeugzuges eingespeist wird, und wobei zum Erzeugen eines angeforderten Bremsmoments MB_F erforderlichenfalls eine Betriebsbremse des Zugfahrzeugs und/oder des Anhängefahrzeugs zusätzlich aktiviert wird.
Demnach kann ein Bremsvorgang des Fahrzeugzugs durch Rekuperation von Bewegungsenergie an der oder den elektrisch antreibenden Fahrzeugachsen des Anhängers unterstützt werden. Dazu wird der Rekuperationsmodus in Abhängigkeit von einer Überwachung der Koppelkraftzielvorgabe über die Steuereinrichtung aktiviert. Als Eingangsgrößen können dabei neben der Koppelkraftzielvorgabe, dem Querkraftgrenzwert und den mittels der Sensoreinrichtung aktuell ermittelten Werten dieser Kräfte, sowie der aktuellen Bremsmomentanforderung des Fahrers, vorteilhaft zusätzlich die auf die Anhängevorrichtung wirkende Stützlast sowie der aktuelle Betriebszustand des Antriebsstrangs des Zugfahrzeugs genutzt werden. Dadurch kann der Rekuperationsmodus sehr genau und effizient gesteuert werden.
Der Fachmann kann die oben beschriebenen Ausführungsformen des Verfahrens selbstverständlich je nach Anforderungen und Bauart des Fahrzeugzuges vorteilhaft miteinander kombinieren.
Zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Antriebssteuerung eines Fahrzeugzuges ist eine besondere Vorrichtung notwendig. Die Erfindung betrifft daher auch eine Vorrichtung zur Antriebssteuerung eines Fahrzeugzuges, welcher ein Zugfahrzeug und ein an dieses Zugfahrzeug ankoppelbares Anhängefahrzeug aufweist, wobei beide Fahrzeuge im Betrieb antreibend und bremsend wirksam sein können, wobei das Anhängefahrzeug ein elektrisches Antriebssystem aufweist, wobei mittels einer an ein Koppelelement einer Anhängevorrichtung des Zugfahrzeugs anordbaren Sensoreinrichtung eine von einem Gegenkoppelelement des Anhängefahrzeugs auf das Koppelelement des Zugfahrzeugs übertragbare Koppelkraft Fx, Fy, Fz ermittelbar ist, und wobei beide Fahrzeuge mittels einer elektronischen Steuereinrichtung des Zugfahrzeugs und/oder des Anhängefahrzeugs antreibend und bremsend in Abhängigkeit von der ermittelten Koppelkraft x, Fy, Fz aufeinander abstimmbar sind.
Zur Lösung der vorrichtungsbezogenen Aufgabe sieht die Erfindung außerdem vor, dass die Sensoreinrichtung einen mehrarmigen Träger aufweist, welcher an dem Koppelelement der Anhängevorrichtung zum Koppeln des Zugfahrzeugs mit dem Anhängefahrzeug anordbar und mit dieser verbindbar ist, dass an jedem Messarm des Trägers jeweils eine als Kraftsensor wirksame Dehnungsmessstreifenrosette angeordnet ist, dass der Sensoreinrichtung außerdem eine elektronische Messda- tenerfassungs- und Auswerteeinheit zugeordnet ist, dass die Messdatenerfassungsund Auswerteeinheit eingangsseitig mit den Dehnungsmessstreifenrosetten und ausgangsseitig mit der elektronischen Steuereinrichtung elektrisch verbunden oder verbindbar ist, dass die Messdatenerfassungs- und Auswerteeinheit zur Erfassung sowie Auswertung von durch kraftbedingten und/oder momentbedingten Verformungen der Anhängevorrichtung hervorgerufenen, mit Dehnungsänderungen der Dehnungsmessstreifenrosetten korrelierten elektrischen Sensorsignalen in allen drei Raumrichtungen ausgebildet ist, wobei die Messdatenerfassungs- und Auswerteeinheit eine elektronische Schaltung und/oder ein Computerprogramm mit einem Algorithmus aufweist, mittels welcher beziehungsweise mittels welchem aus den erfassten Sensorsignalen die auf das Koppelelement wirkenden Koppelkräfte Fx, Fy, Fz, Koppelbiegemomente und/oder deren Komponenten nach Größe und Richtung sowie in zeitlicher Abfolge bestimmbar und für eine weitere Verarbeitung zur Verfügung stellbar sind.
Diese Sensoreinrichtung ermöglicht die Ermittlung von Koppelkräften und Koppelmomenten an einer Anhängevorrichtung in allen drei Raumrichtungen sowie zeitlich geordnet, wobei diese eine hohe Genauigkeit und ein empfindlichen Ansprechverhalten erreicht. Die Sensoreinrichtung macht sich dabei zunutze, dass die Verwendung von Dehnungsmessstreifenrosetten in Kombination mit einem mechanischen Träger in Form eines Messkreuzes, Messrahmens oder dergleichen, mit mehreren Messar- men, eine genaue Messung von Koppelkräften in allen drei Raumdimensionen ermöglicht. Dadurch ist die Sensoreinrichtung für die Durchführung eines Verfahrens zur Antriebssteuerung eines Fahrzeugzuges, bei dem beide Fahrzeuge antreibend und bremsend wirksam sein können, besonders geeignet und vorteilhaft einsetzbar.
Die Sensoreinrichtung weist demnach eine mechanische Komponente und eine elektronische Komponente auf. Die mechanische Komponente ist ein mehrarmiger, beispielsweise kreuzförmiger Träger. Die elektronische Komponente ist eine Anordnung von mehreren Dehnungsmessstreifenrosetten, welche mit einer Messdatener- fassungs- und Auswerteeinheit signaltechnisch, beispielsweise elektrisch verbunden ist.
Um die auf die Anhängevorrichtung einwirkenden dreidimensionalen Kräfte und Momente zu ermitteln, wird der im Wesentlichen aus mehreren Messarmen bestehende Träger kraftschlüssig an einem Koppelelement der Anhängevorrichtung des Zugfahrzeugs montiert. Dies erfolgt derart, dass im Verbund der beiden Fahrzeuge eine Koppelkraft von einem Gegenkoppelelement des Anhängefahrzeugs auf das Koppelelement des Zugfahrzeugs übertragen wird.
Eine Koppelkraft führt dazu, dass die Messarme mit Längen- und/oder Torsionsdehnungen auf die durch mechanische Spannungen im Fahr- oder Rangierbetrieb der Fahrzeugkombination hervorgerufenen reversiblen Verformungen der Anhängevorrichtung reagieren. Die Längen- und/oder Torsionsdehnungen der Messarme werden wiederum auf die Dehnungsmessstreifenrosetten übertragen, von denen jeweils eine an einem Messarm angeordnet ist. Eine Dehnungsmessstreifenrosette mit drei im Winkel zueinander angeordneten Dehnungsmesstreifen erzeugt vorteilhaft mehrere elektrische Signale und ermöglicht eine Rekonstruktion der tatsächlichen dreidimensionalen Dehnung des Messarms und somit die Messung von Kräften und Momenten in allen Raumrichtungen. An den Messarmen des Messkreuzes kann die Verformung der Anhängevorrichtung unterschiedlich angreifen, sodass die Messarme messbare Dehnungsunterschiede und die Dehnungsmessstreifenrosetten unterschiedliche Dehnungen erfahren. Aus den elektrischen Signalen, hervorgerufen durch die Deh- nungen, und aus den Dehnungsunterschieden der einzelnen Arme kann nach einer vorausgehenden Kalibrierung auf die tatsächlichen Kräfte und Momente, welche an der Anhängevorrichtung angreifen, nach Größe und Richtung mit hoher Genauigkeit geschlossen werden.
Für die Auswertung der elektrischen Signale aus den Dehnungsänderungen der Dehnungsmessstreifenrosetten kann die Erfindung auf bekannte mathematische Methoden zurückgreifen. Eine präzise Rekonstruktion der Amplitude und der Richtung von an der Anhängevorrichtung angreifenden Kräften und Momenten kann demnach nach dem Prinzip der vektoriellen Addition der Dehnungsmesssignale der einzelnen Sub-Dehnungsmessstreifen der Rosetten erfolgen. Algorithmen und elektronische Schaltungen zur Auswertung von Dehnungen von Dehnungsmessstreifenrosetten sind bereits bekannt. Beispielweise sei dazu auf die DE 16 48 385 A verwiesen, in der ein Dehnungsmessstreifenrosetten-Rechner für eine Dehnungsmessstreifenro- sette aus drei im Winkel zueinander angeordneten Dehnungsmesstreifen beschrieben ist. Die Dehnungsmessstreifenrosetten werden zu diesem Zweck in geeigneter Weise elektrisch miteinander verschaltet, um aus den dehnungsbedingten elektrischen Widerstandsänderungen der einzelnen Dehnungsmessstreifen richtungs- und größenabhängige separate elektrische Signale als Eingangsgrößen für die Berechnung der gewünschten vektoriellen Informationen der an der Anhängevorrichtung angreifenden Kraftkomponenten zu erhalten.
Die Messdatenerfassungs- und Auswerteeinheit kann direkt an dem Träger der Sensoreinrichtung angeordnet sein, sodass die ermittelten Kraftinformationen über eine Datenverbindung, beispielsweise einen im Fahrzeug vorhandenen CAN-Datenbus, an die elektronische Steuereinrichtung weitergeleitet werden. Alternativ dazu können die Roh-Messwerte, welche durch die Dehnungsmessstreifenrosetten an den Messarmen des Messkreuzes erzeugt werden, zunächst auf einer an dem Träger angeordneten Leiterplatte erfasst und digitalisiert werden. Die Auswertung kann dann in einem davon entfernt angeordneten Steuergerät erfolgen, welches in die Steuereinrichtung integriert ist oder als ein separates Steuergerät arbeitet, welches die darin ausgewerteten Informationen zur Verfügung stellt. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann vorgesehen sein, dass der Träger der Sensoreinrichtung vier von einem zentralen Trägerteil sich radial erstreckende Messarme aufweist, dass die Messarme jeweils um etwa 60° zu einem benachbarten Messarm und um etwa 120° zu einem anderen benachbarten Messarm gegeneinander versetzt angeordnet sind, dass an jedem Messarm im Bereich seines von dem zentralen Trägerteil entfernten freien Endes jeweils eine aus drei Dehnungsmessstreifen bestehende Dehnungsmessstreifenro- sette angeordnet ist, dass jeweils ein mittlerer Dehnungsmessstreifen einer Deh- nungsmessstreifenrosette in Richtung einer gedachten Längsachse des Messarms ausgerichtet ist, und dass die zwei zu dem mittleren Dehnungsmesstreifen benachbarten Dehnungsmessstreifen um jeweils 45° nach links und rechts angewinkelt daneben angeordnet sind.
Mit einem derartigen messkreuzförmigen Träger mit Dehnungsmessstreifenrosetten steht ein empfindliches Messmittel zur Verfügung, mit dem selbst kleinste Koppelkräfte in allen drei Raumdimensionen messbar sind. Dabei stellen jeweils drei auf einer ebenen Oberfläche eines Messarms angeordnete Dehnungsmessstreifen einen Winkel von 90° Grad auf. Aus den Messsignalen lässt sich ein resultierender Dehnungswinkel des Messarms bestimmen. Aus dem tatsächlichen Dehnungswinkel jedes an dem Träger angeordneten Messarms und den Dehnungswinkelunterschieden an den einzelnen Messarmen können die an der Anhängevorrichtung angreifenden Kräfte und Momente in allen drei Raumrichtungen genau rekonstruiert werden.
Schließlich betrifft die Erfindung auch einen Fahrzeugzug, bestehend aus einem Zugfahrzeug und einem Anhängefahrzeug, wie beispielsweise ein landwirtschaftlicher Traktor mit einem daran angekoppelten Anbaugerät oder Anhängefahrzeug, einen anderen Off-Highway-Fahrzeugzug, eine Zugmaschine mit einem Anhängefahrzeug aus der Bau- oder Bergbaubranche, einen Lastkraftwagen für Schwer- und Spezialtransporte oder einen Sattelzug, mit einer Vorrichtung zu dessen Antriebssteuerung, welche gemäß einem der Vorrichtungsansprüche aufgebaut und zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Verfahrensansprüche betreibbar ist. Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der beigefügten Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigt
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Verfahrens mit den Merkmalen der Erfindung,
Fig. 2 einen Fahrzeugzug, bestehend aus einem Zugfahrzeug und einem Anhängefahrzeug in einer schematischen Draufsicht,
Fig. 3 eine schematisch stark vereinfachte Schnittdarstellung einer Anhängevorrichtung mit einem darin eingebauten Träger einer Sensoreinrichtung zur Durchführung eines Verfahrens gemäß der Erfindung,
Fig. 4 eine perspektivische Vorderansicht des Trägers gemäß Fig. 3, und
Fig. 5 die Sensoreinrichtung mit einer Rückseitenansicht des Trägers gemäß Fig. 4 mit einer Anordnung von Dehnungsmessstreifenrosetten.
Zunächst wird ein Fahrzeugzug mit einer Sensoreinrichtung beschrieben, an dem ein erfindungsgemäßes Verfahren durchgeführt werden kann. Anschließend wird das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert.
Die Fig. 2 zeigt demnach einen Fahrzeugzug 1 bestehend aus einem Zugfahrzeug 2 und einem Anhängefahrzeug 3. Im vorliegenden Beispiel handelt es sich bei dem Fahrzeugzug 1 um ein landwirtschaftliches Gespann mit einem Traktor und einem an den Traktor angekoppelten Zentralachsanhänger. Bei dem Fahrzeugzug könnte es sich auch um eine Sattelzugmaschine mit einem Sattelauflieger oder einen anders aufgebauten Fahrzeugzug handeln.
Das in Fig. 2 gezeigte Zugfahrzeug 2 weist eine Vorderachse 4 und eine nicht sichtbare Hinterachse 5 auf. Die Hinterachse 5 ist als eine antreibende Achse ausgebildet, welche über ein Getriebe von einem Verbrennungsmotor antreibbar ist. An seinem Heck ist das Zugfahrzeug 2 mit einer in Fig. 2 lediglich angedeuteten Anhängevorrichtung 6 in Form einer Anhängerkupplung ausgerüstet, die beispielsweise als eine Kugelkopfkupplung, eine Maul-Bolzenkupplung oder eine Hakenkupplung ausgebildet sein kann. Das Anhängefahrzeug 3 weist ein zentrales Achsaggregat mit zwei eng beieinander liegenden Anhängerachsen 7, 8 auf. Das Anhängefahrzeug 3 ist zudem mit einem in Fig. 2 lediglich angedeuteten elektrischen Antriebssystem 9 ausgerüstet, welches wenigstens eine elektrische Maschine zum Antrieb mindestens einer der Anhängerachsen 7, 8 aufweist. Im vorliegenden Beispiel ist die heckseitige, zweite Anhängerachse 8 als elektrisch antreibende Achse vorgesehen. Es können jedoch auch beide Anhängerachsen 7, 8 elektrisch antreibbar ausgebildet sein. Das elektrische Antriebssystem 9 kann auch mehr als eine elektrische Maschine aufweisen. Beispielsweise kann jedes antreibende Anhängerrad mit jeweils einer eigenen elektrischen Maschine antriebsverbunden sein.
Die Anhängevorrichtung 6 wird später noch genauer beschrieben. Im vorliegenden Beispiel ist die Anhängevorrichtung 6 des Zugfahrzeugs 2 als eine automatisch verriegelnde Maul-Bolzenkupplung mit einem Koppelelement 10 in Form eines Kupplungsmauls ausgebildet (siehe Fig. 3). An der Frontseite des Anhängefahrzeugs 3 ist eine Deichsel 11 starr befestig. Die Deichsel 11 weist an ihrem freien Ende ein Gegenkoppelelement 12 in Form einer Kugelschalenkupplung oder Zugöse auf, welche gelenkig mit der Anhängevorrichtung 6 des Zugfahrzeugs 2 verbindbar ist. Entsprechend zu dem Koppelelement 10 ist im vorliegenden Beispiel das Gegenkoppelelement 12 der Deichsel 11 des Anhängefahrzeugs 3 als eine Zugöse ausgebildet, welche zum Koppeln der beiden Fahrzeuge 2, 3 in das Kupplungsmaul der Anhängevorrichtung 6 geschoben wird, wobei ein Bolzen federkraftunterstützt durch die Zugöse fällt und in dieser Stellung einrastet. Dadurch sind die beiden Fahrzeuge 2, 3 gelenkig und kraftschlüssig miteinander verbunden, sodass eine Koppelkraft von dem Gegenkoppelelement 12 des Anhängefahrzeugs 3 auf das Koppelelement 10 des Zugfahrzeugs 2 übertragbar ist.
Die Fig. 3 zeigt außerdem schematisch einen Träger 14 einer noch zu beschreibenden Sensoreinrichtung 13 zur Koppelkraftmessung im eingebauten Zustand an der Anhängevorrichtung 6. Die Anhängevorrichtung 6 weist einen kastenförmigen Stan- dard-Anhängebock 15, einen Standard-Kupplungsträger 16 mit Verriegelungsmitteln zum Fixieren an dem Anhängebock 15, eine Anschlussplatte 17, sowie das Koppelelement 10 in Form eines Kupplungsmauls mit einer rückseitigen Grundplatte 18 auf. Der Träger 14 ist senkrecht zu einer gedachten geometrischen Längsachse 19 des Fahrzeugzuges 1 ausgerichtet. In der DE 10 2018 106 855 A1 sind ein ähnlicher Standard-Anhängebock 15 sowie ein ähnlicher Standard Kupplungsträger 16 beschrieben, sodass diese hier nicht weiter erläutert werden müssen. Wichtig ist lediglich, dass der Träger 14 zwischen dem Anhängebock 15 und dem Koppelelement 10 zur Erfüllung seiner Messaufgaben fest eingespannt ist. Ungeachtet dessen wird der Offenbarungsinhalt der DE 10 2018 106 855 A1 in diese Beschreibung mit einbezogen.
Die Fig. 4 und Fig. 5 zeigen schematisch die bereits erwähnte Sensoreinrichtung 13, in Fig. 4 mit Blick auf die von dem Anhängefahrzeug 3 abgewandte Vorderseite des Trägers 14 sowie in Fig. 5 mit Blick auf die dem Anhängefahrzeug 3 zugewandte Rückseite des Trägers 14. Die Fig. 5 zeigt zudem die gesamte Vorrichtung 40 zur Antriebssteuerung, insbesondere zur Antriebssteuerung des Anhängefahrzeugs 3 des Fahrzeugzugs 1 .
Der Träger 14 hat im vorliegenden Beispiel die Form eines vierarmigen Messkreuzes. Der vierarmige Träger 14 ist jedoch nur als eine beispielhafte Form eines mehrarmigen Trägers zu sehen. Demnach weist der in Fig. 4 und in Fig. 5 gezeigte Träger 14 zum Messen von Koppelkräften und Koppelmomenten an der Anhängevorrichtung 6 je zwei um 60° beziehungsweise um 120° im Abstand zueinander versetzt angeordnete Messarme 20a, 20b, 20c, 20d auf. An dem jeweiligen freien Ende dieser Messarme 20a, 20b, 20c, 20d sind axial vorspringende Augen 21 a, 21 b, 21 c, 21 d mit Durchgangsbohrungen 22a, 22b, 22c, 22d ausgebildet. Der Träger 14 ist mit einem als Nabe ausgebildeten und axial einseitig vorstehenden zentralen Trägerteil 23 versehen, welches im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist, jedoch abgeflachte Ränder sowie eine zentrale Gewindebohrung 24 aufweist.
Wie aus Fig. 5 näher hervorgeht, ist an der Trägerrückseite an jedem Messarm 20a, 20b, 20c, 20d jeweils eine Dehnungsmessstreifenrosette 25a, 25b, 25c, 25d etwas vertieft und möglichst nahe an dem jeweils zugeordneten Auge 21 a, 21 b, 21 c, 21 d angeordnet sowie mit dem Trägermaterial fest, beispielsweise stoffschlüssig, verbunden. Jede dieser Dehnungsmessstreifenrosetten 25a, 25b, 25c, 25d besteht aus drei einzelnen Dehnungsmesstreifen, wobei jeweils ein mittlerer Dehnungsmessstreifen einer Dehnungsmessstreifenrosette in Richtung einer gedachten Längsachse des zugeordneten Messarms 20a, 20b, 20c, 20d ausgerichtet ist und die zwei zu dem mittleren Dehnungsmesstreifen benachbarten Dehnungsmessstreifen um jeweils 45° nach links und rechts angewinkelt angeordnet sind. Der Aufbau und die Funktionsweise einer derartigen Dehnungsmessstreifenrosette sind in der PCT/EP 2020/083163 der Anmelderin bereits detailliert beschrieben, sodass hier auf eine weitere Erläuterung verzichtet wird. Wichtig ist hier lediglich, dass die Dehnungsmessstreifenrosetten 25a, 25b, 25c, 25d die Erfassung und Auswertung von kraft- und/oder momentbedingten reversiblen Verformungen der Anhängevorrichtung 6 in allen drei Raumrichtungen nach Größe und Richtung sowie in zeitlicher Abfolge ermöglichen.
Die Dehnungsmessstreifenrosetten 25a, 25b, 25c, 25d sind über jeweils eine sechsadrige elektrische Leitung 26a, 26b, 26c, 26d mit einer elektronischen Messdatener- fassungs- und Auswerteeinheit 27 verbunden. Die Messdatenerfassungs- und Auswerteeinheit 27 kann direkt am Träger 14 oder entfernt davon angeordnet sein. Die Messdatenerfassungs- und Auswerteeinheit 27 weist an sich bekannte elektronische Rechenmittel und Speichermittel auf, mittels denen die elektrischen Signale, welche mit Dehnungen beziehungsweise mit Dehnungsänderungen der Dehnungsmessstreifenrosetten 25a 25b, 25c, 25d korreliert sind, ausgewertet werden können, um Kräfte und Momente zu ermitteln, denen die Anhängevorrichtung 6 ausgesetzt wird. Außerdem weist die Messdatenerfassungs- und Auswerteeinheit 27 eine elektrische oder optische Schnittstelle 28 für eine Übertragung der in der Messdatenerfassungs- und Auswerteeinheit 27 digitalisierten und verstärkten Koppelkraftinformationen an eine elektronische Steuereinrichtung 30 auf.
Die elektronische Steuereinrichtung 30 ist insbesondere zur Steuerung des elektrischen Antriebssystems 9 des Anhängefahrzeugs 3 in Abhängigkeit von den übermit- telten Koppelkraftinformationen sowie gegebenenfalls von weiteren verfügbaren und für den elektrischen Betrieb des Anhängefahrzeugs 3 relevanten Informationen ausgebildet. Die elektronische Steuereinrichtung 30 kann auch Teil eines erweiterten Steuerungssystems für verschiedene Steuerungsaufgaben sein, beispielsweise zur Bremsdrucksteuerung einer elektropneumatischen Anhängerbremsanlage. Dies ist jedoch nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Die Datenübertragung zwischen der Messdatenerfassungs- und Auswerteeinheit 27 und der elektronischen Steuereinrichtung 30 erfolgt über eine Datenverbindungsleitung 31 .
Die an der Anhängevorrichtung 6 des Zugfahrzeugs 2 angeordnete und zuvor beschriebene Sensoreinrichtung 13 ermöglicht die Durchführung des Verfahrens mit den Merkmalen der Erfindung zur Antriebssteuerung des Fahrzeugzuges 1. Dies wird nachfolgend anhand des in der Fig. 1 dargestellten Blockschaltbildes erläutert.
Demnach werden an dem Träger 14 der Sensoreinrichtung 13 Sensorsignale erzeugt, aus denen in der zugeordneten Messdatenerfassungs- und Auswerteeinheit 27 die aktuellen Werte der Koppelkraft Fx in Fahrzeuglängsrichtung, also der aktuellen Zug- oder Schubkraft, der Koppelkraft Fy in Fahrzeugquerrichtung, also der Querkraft, sowie der aktuellen Koppelkraft Fy in Fahrzeugvertikalrichtung, als der aktuellen Stützlast, bestimmt werden. Die ermittelten Werte werden anschließend über die Schnittstelle 28 und die Datenverbindungsleitung 31 direkt oder über einen vorhandenen Datenbus 34, beispielsweise CAN-Bus, an die elektronische Steuereinrichtung 30 weitergeleitet.
In der Steuereinrichtung 30 wird ein korrekt angekuppeltes antreibendes Anhängefahrzeug 3 anschließend dadurch sicher erkannt, wenn im Fahrzeugstillstand oder spätestens bei einem Anfahrvorgang mindestens ein Koppelkraftwert ungleich Null ermittelt wird, also Fx + 0 und/oder Fy + 0 und/oder Fz + 0, und wenn eine elektrische Verbindung zwischen der Steuereinrichtung 30 und dem elektrischen Antriebsystem 9 hergestellt sowie als bereit erkannt ist. In einem nicht flüchtigen Datenspeicher 32 der Steuereinrichtung 30 sind unter anderem der Wert einer Koppelkraftzielvorgabe Fx_ziei in Fahrzeuglängsrichtung, welche bei einer geeignet hohen diesbe- züglichen Anforderung vom Fahrer unter Mitwirkung des elektrischen Antriebssystems 9 des Anhängefahrzeugs 3 erreicht werden soll, sowie ein Grenzwert Fyjim der Koppelkraft in Fahrzeugquerrichtung, welcher dabei nicht überschritten werden darf, gespeichert. Diese Vorgaben beziehungsweise Grenzwerte können durch den Fahrer mittels eines Anzeige- und Bedienungsgeräts 33 in vorgegebenen Grenzen vorteilhaft variiert werden. Die Steuereinrichtung 30 erhält außerdem den Wert einer aktuellen Antriebsmomentanforderung MA_F des Fahrers, welcher beispielsweise über eine Fahrpedalstellung am Zugfahrzeug signalisiert wird und in dem Datenbus 34 zur Verfügung steht, oder der aktuellen Betriebssituation entsprechend der Wert einer aktuellen Bremsmomentanforderung MB_F des Fahrers, welcher beispielsweise über eine Bremspedalstellung am Zugfahrzeug 2 von Fahrer signalisiert wird.
Optional können der Steuereinrichtung 30 über den an dem Fahrzeugzug 1 vorhandenen Datenbus 34 weitere Informationen zur Verfügung gestellt werden. Beispielsweise sind dies aktuelle Radschlupfe SRad an den antreibenden Rädern des Zugfahrzeugs 2 und/oder des Anhängefahrzeugs 3, wobei diese Radschlupfe SRad bei der Durchführung des Verfahrens möglichst aneinander angeglichen werden sollen. Außerdem kann ein aktueller Betriebspunkt M(n) einer Brennkraftmaschine des Zugfahrzeugs 2 in einem Drehmomentverlauf und/oder in einem Verbrauchskennfeld sowie eine aktuelle Übersetzung icetr eines Wechselgetriebes als Information an die Steuereinrichtung 30 weitergeleitet werden, wobei ein Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine und ein Wirkungsgrad des Getriebes in ihrer gegenseitigen Wechselwirkung zusammen verarbeitet werden sollen.
Die gennannten Eingangswerte verarbeitet die Steuereinrichtung 30 in einem Rechenalgorithmus und bestimmt daraus für jede in Frage kommende Betriebssituation den Wert für ein elektrisches Antriebsmoment MA_6I oder den Wert für ein elektrisches Bremsmoment Mß_ei des Anhängefahrzeugs 3, welche dann durch das elektrische Antriebssystem 9 erzeugt werden, um den Antrieb des Zugfahrzeugs 2 zu unterstützen beziehungsweise um die Reibbremsen des Fahrzeugzuges 1 zu entlasten. Dies erfolgt derart, dass die Koppelkraft Fx in Fahrzeuglängsrichtung unter Beach- tung des sicherheitsrelevanten Querkraftgrenzwerts Fyjim wenigstens annähernd erreicht und eingehalten wird, und gleichzeitig derart, dass dabei stets ein möglichst energiesparender und traktionsoptimierter Betrieb des gesamten Antriebsstrangs sowie ein sicherer Fährbetrieb des Fahrzeugzuges 1 gewährleistet wird.
Ein beispielhaftes Szenario könnte wie folgt aussehen: Ein landwirtschaftliches Fahrzeuggespann mit einem beladenen Anhängefahrzeug 3 bewegt sich auf einem Feld in einer Hanglage. Beim Bergauffahren unterstützt der elektrische Antrieb des Anhängefahrzeugs den Vortrieb, wobei die Steuereinrichtung 30 die ziehende Koppelkraft auf die Zielvorgabe einregelt. Tritt ein Radschlupf auf, wirkt die Steuereinrichtung 30 durch Variieren des elektrischen Antriebs des Anhängefahrzeugs 3 dem Radschlupf an der antreibenden Achse des betreffenden Fahrzeugs entgegen. Bei einem Radschlupf an beiden Fahrzeugen 2, 3 des Fahrzeugzuges 1 wird mit Hilfe des elektrischen Antriebs des Anhängefahrzeugs 3 eine Angleichung zwischen den jeweiligen Radschlupfen angesteuert. Beim Bergabfahren wird der elektrische Antrieb des Anhängefahrzeugs 3 in den Rekuperationsmodus umgeschaltet, sobald die schiebende Koppelkraft die Zielvorgabe überschreitet. In der Folge wir die Zielvorgabe durch eine geeignete Regelung der nun generatorisch betriebenen Elektromaschine des Anhängefahrzeugs 3 eingehalten. Erforderlichenfalls werden die Betriebsbremsen des Fahrzeugzuges 1 zugeschaltet, um das angeforderte Bremsmoment zu erzeugen. Beginnt der Fahrzeugzug 1 bei einer Kurvenfahrt im Zug- oder Schubbetrieb instabil zu werden und wird eine Koppelkraft oberhalb des Querkraftgrenzwertes erkannt, wird der elektrische Antrieb des Anhängefahrzeugs 3 verringert oder ausgeschaltet. Wird die Brennkraftmaschine und/oder das Getriebe in einem Betriebspunkt und/oder mit einer Getriebeübersetzung mit einem hohen Kraftstoffverbrauch betrieben, so wird der elektrische Antrieb des Anhängefahrzeugs 3 so variiert, dass der ungünstige Betriebspunkt beziehungsweise die ungünstige Übersetzung durch die Motor- und Getriebesteuerung verlassen wird. Bezugszeichenliste (Teil der Beschreibung)
1 Fahrzeugzug
2 Zugfahrzeug
3 Anhängefahrzeug
4 Vorderachse des Zugfahrzeugs
5 Hinterachse des Zugfahrzeugs
6 Anhängevorrichtung des Zugfahrzeugs, Maul-Bolzenkupplung
7 Erste Anhängerachse, nicht antreibend
8 Zweite Anhängerachse, elektrisch antreibend
9 Elektrisches Antriebssystems des Anhängefahrzeugs
10 Koppelelement der Anhängevorrichtung, Kupplungsmaul
11 Deichsel des Anhängefahrzeugs
12 Gegenkoppelelement der Deichsel, Zugöse
13 Sensoreinrichtung
14 Träger der Sensoreinrichtung
15 Standard-Anhängebock der Anhängevorrichtung
16 Standard-Kupplungsträger der Anhängevorrichtung
17 Anschlussplatte der Anhängevorrichtung
18 Grundplatte der Anhängevorrichtung
19 Längsachse des Fahrzeugzuges
20a - 20d Erster bis vierter Messarm am Träger
21a - 21d Erstes bis viertes Auge am Messarm 20a - 20d
22a - 22d Erste bis vierte Durchgangsbohrung
23 Zentrales Trägerteil des Trägers
24 Gewindebohrung im Träger
25a - 25d Erste bis vierte Dehnungsmessstreifenrosette
26a - 26d Erste bis vierte sechsadrige elektrische Leitung
27 Messdatenerfassungs- und Auswerteeinheit der Sensoreinrichtung
28 Schnittstelle der Messdatenerfassungs- und Auswerteeinheit
30 Elektronische Steuereinrichtung
31 Datenverbindungsleitung 32 Datenspeicher der Steuereinrichtung
33 Anzeige- und Bedienungsgerät
34 Datenbus, CAN
40 Vorrichtung
MA_F Antriebsmomentanforderung des Fahrers
MB_F Bremsmomentanforderung des Fahrers
MA_6I Elektrisches Antriebsmoment am Anhängefahrzeug
Mß_ei Elektrisches Bremsmoment am Anhängefahrzeug, Rekuperations- moment
M(n) Drehmomentverlauf einer Zugfahrzeugantriebsmaschine icetr Getriebeübersetzung eines Zugfahrzeuggetriebes
Fx Koppelkraft in Fahrzeuglängsrichtung
Fx_ziei Koppelkraftzielvorgabe in Fahrzeuglängsrichtung
Fy Koppelkraft in Fahrzeugquerrichtung
Fyjim Koppelkraftgrenzwert in Fahrzeugquerrichtung
Fz Koppelkraft in Fahrzeugvertikalrichtung, Stützlast
SRad Radschlupf

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Antriebssteuerung eines Fahrzeugzuges (1 ), welcher ein Zugfahrzeug (2) und ein an dieses Zugfahrzeug (2) angekoppeltes Anhängefahrzeug (3) aufweist, wobei beide Fahrzeuge (2, 3) antreibend und bremsend wirksam sind, wobei das Anhängefahrzeug (3) ein elektrisches Antriebssystem (9) aufweist, wobei mittels einer an einem Koppelelement (10) einer Anhängevorrichtung (6) des Zugfahrzeugs (2) angeordneten Sensoreinrichtung (13) eine von einem Gegenkoppelelement (12) des Anhängefahrzeugs (3) auf das Koppelelement (10) des Zugfahrzeugs (2) übertragene Koppelkraft (Fx, Fy, Fz) ermittelt wird, und wobei beide Fahrzeuge (2, 3) mittels einer elektronischen Steuereinrichtung (30) des Zugfahrzeugs (2) und/oder des Anhängefahrzeugs (3) antreibend und bremsend in Abhängigkeit von der ermittelten Koppelkraft (Fx, Fy, Fz) aufeinander abgestimmt werden, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens die folgenden Verfahrensschritte durchgeführt werden: a) Festlegen und Abspeichern einer Zielvorgabe (Fx_ziei) für eine Koppelkraft, welche in einer Fahrzeuglängsrichtung wirkt, in der elektronischen Steuereinrichtung (30), b) Festlegen und Abspeichern eines Grenzwertes (Fy_iim) für eine Koppelkraft, welche in einer Fahrzeugquerrichtung wirkt, in der elektronischen Steuereinrichtung (30), c) Erkennen eines angekoppelten, antreibend wirksamen Anhängefahrzeugs (3) mittels der Sensoreinrichtung (13) sowie durch d) Herstellen oder Aktivieren einer Steuerverbindung zwischen der Steuereinrichtung (30) und dem elektrischen Antriebssystem (9) des Anhängefahrzeugs (3), e) Ermitteln einer auf das Koppelelement (10) wirkenden Koppelkraft (Fx) in der Fahrzeuglängsrichtung, f) Ermitteln einer auf das Koppelelement (10) wirkenden Koppelkraft (Fy) in der Fahrzeugquerrichtung, g) Erfassen einer Antriebsmomentanforderung oder eine Bremsmomentanforderung (MA_F, MB_F) eines Fahrers, und h) Bestimmen sowie Erzeugen eines Antriebsmomentes (MA_ei) oder eines Bremsmomentes (Mß_ei) des Anhängefahrzeugs (3) zum Erreichen der Koppelkraftzielvorgabe (Fx_ziei) in Fahrzeuglängsrichtung unter Berücksichtigung des Koppelkraft- grenzwertes (Fyjim) in Fahrzeugquerrichtung und unter Berücksichtigung der Antriebsmomentanforderung eine Bremsmomentanforderung (MA_F, MB_F) mittels der elektronischen Steuereinrichtung (30).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine auf das Koppelelement (10) der Anhängevorrichtung (6) des Zugfahrzeugs (2) wirkende Koppelkraft (Fz) in einer Fahrzeugvertikalrichtung ermittelt wird, und dass die Antriebssteuerung des Anhängefahrzeugs (3) und/oder die Antriebssteuerung des Zugfahrzeugs (2) zusätzlich in Abhängigkeit von dieser Koppelkraft (Fz) in der Fahrzeugvertikalrichtung betrieben wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an den Fahr- zeugrädern wenigstens einer elektrisch antreibenden Achse (8) des Anhängefahrzeugs (3) sowie an den Fahrzeugrädern wenigstens einer antreibenden Achse (5) des Zugfahrzeugs (2) jeweils ein Radschlupf (SRad) ermittelt wird, und dass ein ermittelter Radschlupf (SRad) des Anhängefahrzeugs (3) sowie ein ermittelter Radschlupf (SRad) des Zugfahrzeugs (2) im Falle einer Überschreitung eines vorgegebenen Schlupfdifferenzgrenzwerts bei der Antriebssteuerung des Anhängefahrzeugs (3) und/oder des Zugfahrzeugs (2) zur Angleichung der zugfahrzeugseitigen und der anhängefahrzeugseitigen Radschlupfe (SRad) berücksichtigt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein aktueller Betriebszustand eines Antriebsstrangs des Zugfahrzeugs (2) ermittelt wird, welcher mindestens einen aktuellen Betriebspunkt einer Antriebsmaschine des Zugfahrzeugs (2) in einem Energieverbrauchskennfeld und/oder in einem Drehmomentverlauf (M(n)) und/oder in einem Leistungsverlauf sowie eine aktuelle Übersetzung (icetr) eines Fahrzeuggetriebes des Zugfahrzeugs (2) umfasst, und dass die Antriebssteuerung des Anhängefahrzeugs (3) und/oder die Antriebssteuerung des Zugfahrzeugs (2) zusätzlich in Abhängigkeit von dem ermittelten Betriebszustand des Antriebsstrangs des Zugfahrzeugs (2) bestimmt und durchgeführt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Bremsvorgang des Fahrzeugzuges (1) unter Berücksichtigung der Koppelkraftzielvorgabe (Fx_ziei) das elektrische Antriebssystem (9) des Anhängefahrzeugs (3) in einen Rekuperationsmodus zur Rekuperation von kinetischer Energie umgeschaltet wird, wobei die in elektrische Energie umgewandelte kinetische Energie des Anhängefahrzeugs (3) in einen elektrischen Energiespeicher oder in ein Bordnetz des Fahrzeugzuges (1) eingespeist wird, und wobei zum Erzeugen eines angeforderten Bremsmoments (MB_F) erforderlichenfalls eine Betriebsbremse des Zugfahrzeugs (2) und/oder des Anhängefahrzeugs (3) zusätzlich aktiviert wird.
6. Vorrichtung (40) zur Antriebssteuerung eines Fahrzeugzugs (1 ), welcher ein Zugfahrzeug (2) und ein an dieses Zugfahrzeug (2) ankoppelbares Anhängefahrzeug (3) aufweist, wobei beide Fahrzeuge (2, 3) im Betrieb antreibend und bremsend wirksam sein können, wobei das Anhängefahrzeug (3) ein elektrisches Antriebssystem (9) aufweist, wobei mittels einer an ein Koppelelement (10) einer Anhängevorrichtung (6) des Zugfahrzeugs (2) anordbaren Sensoreinrichtung (13) eine von einem Gegenkoppelelement (12) des Anhängefahrzeugs (3) auf das Koppelelement (10) des Zugfahrzeugs (2) übertragbare Koppelkraft (Fx, Fy, Fz) ermittelbar ist, und wobei beide Fahrzeuge (2, 3) mittels einer elektronischen Steuereinrichtung (30) des Zugfahrzeugs (2) und/oder des Anhängefahrzeugs (3) antreibend und bremsend in Abhängigkeit von der ermittelten Koppelkraft (Fx, Fy, Fz) aufeinander abstimmbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (13) einen mehrarmigen Träger (14) aufweist, welcher an dem Koppelelement (10) der Anhängevorrichtung (6) zum Koppeln des Zugfahrzeugs (2) mit dem Anhängefahrzeug (3) anordbar und mit dieser verbindbar ist, dass an jedem Messarm (20a, 20b, 20c, 20d) des Trägers (14) jeweils eine als Kraftsensor wirksame Dehnungsmessstreifenrosette (25a, 25b, 25c, 25d) angeordnet ist, dass der Sensoreinrichtung (13) außerdem eine elektronische Messdatenerfassungs- und Auswerteeinheit (27) zugeordnet ist, dass die Messda- tenerfassungs- und Auswerteeinheit (27) eingangsseitig mit den Dehnungsmessstrei- fenrosetten (25a, 25b, 25c, 25d) und ausgangsseitig mit der elektronischen Steuereinrichtung (30) elektrisch verbunden oder verbindbar ist, dass die Messdatenerfassungs- und Auswerteeinheit (27) zur Erfassung sowie Auswertung von durch kraftbe- dingten und/oder momentbedingten Verformungen der Anhängevorrichtung hervorgerufenen, mit Dehnungsänderungen der Dehnungsmessstreifenrosetten (25a, 25b, 25c, 25d) korrelierten elektrischen Sensorsignalen in allen drei Raumrichtungen ausgebildet ist, wobei die Messdatenerfassungs- und Auswerteeinheit (27) eine elektronische Schaltung und/oder ein Computerprogramm mit einem Algorithmus aufweist, mittels welcher beziehungsweise mittels welchem aus den erfassten Sensorsignalen die auf das Koppelelement (10) wirkenden Koppelkräfte (Fx, Fy, Fz), Koppelbiegemomente und/oder deren Komponenten nach Größe und Richtung sowie in zeitlicher Abfolge bestimmbar und für eine weitere Verarbeitung zur Verfügung stellbar sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (14) der Sensoreinrichtung (30) vier von einem zentralen Trägerteil (23) sich radial erstreckende Messarme (20a, 20b, 20c, 20d) aufweist, dass die Messarme (20a, 20b, 20c, 20d) jeweils um etwa 60° zu einem benachbarten Messarm und um etwa 120° zu einem anderen benachbarten Messarm gegeneinander versetzt angeordnet sind, dass an jedem Messarm (20a, 20b, 20c, 20d) im Bereich seines von dem zentralen Trägerteil (23) entfernten freien Endes jeweils eine aus drei Dehnungsmessstreifen bestehende Dehnungsmessstreifenrosette (25a, 25b, 25c, 25d) angeordnet ist, dass jeweils ein mittlerer Dehnungsmessstreifen einer Dehnungsmessstreifenrosette (25a, 25b, 25c, 25d) in Richtung einer gedachten Längsachse des Messarms (20a, 20b, 20c, 20d) ausgerichtet ist, und dass die zwei zu dem mittleren Dehnungs- messtreifen benachbarten Dehnungsmessstreifen um jeweils 45° nach links und rechts angewinkelt daneben angeordnet sind.
8. Fahrzeugzug (1 ), bestehend aus einem Zugfahrzeug (2) und einem Anhängefahrzeug (3), nämlich ein landwirtschaftlicher Traktor mit einem daran angekoppelten Anbaugerät oder Anhängefahrzeug, ein anderer Off-Highway-Fahrzeugzug, eine Zugmaschine mit einem Anhängefahrzeug aus der Baubranche oder der Bergbaubranche, ein Lastkraftwagen für Schwertransporte und Spezialtransporte, oder ein Sattelzug mit einem Zugfahrzeug und einem daran angekoppelten Trailer, mit einer Vorrichtung (40) zu dessen Antriebssteuerung, welche gemäß einem der Vorrich- tungsansprüche aufgebaut und zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einem der Verfahrensansprüche betreibbar ist.
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