DE10154612A1 - Vorrichtung zum Lenken eines Zugfahrzeuges mit einem Anhänger bei Rückwärtsfahrt - Google Patents

Vorrichtung zum Lenken eines Zugfahrzeuges mit einem Anhänger bei Rückwärtsfahrt

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Lenken eines Zugfahrzeuges mit einem Anhänger bei Rückwärtsfahrt, mit einer elektronischen Steuereinheit, die zumindest Korrekturen für den Lenkeinschlag der lenkbaren Räder des Zugfahrzeuges in Abhängigkeit vom Winkel zwischen der Längsachse des Zugfahrzeuges und der Längsachse des Anhängers oder der Anhänger-Deichsel vorgibt. Erfindungsgemäß wird der besagte Winkel aus den Signalen zumindest zweier Abstandssensoren, die am Zugfahrzeug und/oder am Anhänger vorgesehen sind und die den jeweiligen Abstand zwischen dem Zugfahrzeug und dem Anhänger oder der Deichsel desselben ermitteln, bestimmt. Die Korrektur für den Lenkeinschlag kann dem Fahrzeugführer angezeigt oder direkt in ein geeignetes Lenksystem des Zugfahrzeuges, welches unabhängig von oder zusätzlich zu den Vorgaben des Fahrzeugführers den Lenkeinschlag der lenkbaren Räder beeinflusst, eingespeist werden. Bevorzugt arbeiten die Abstandssensoren auf Ultraschallbasis oder Radarbasis und werden im Zugbetrieb bei Vorwärtsfahrt des Zugfahrzeuges kalibriert.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Lenken eines Zugfahrzeuges mit einem Anhänger bei Rückwärtsfahrt, mit einer elektronischen Steuereinheit, die zumindest Korrekturen für den Lenkeinschlag der lenkbaren Räder des Zugfahrzeuges in Abhängigkeit vom Winkel zwischen der Längsachse des Zugfahrzeugs und der Längsachse des Anhängers oder der Anhänger- Deichsel vorgibt. Zum technischen Umfeld wird beispielshalber auf die DE 39 23 676 A1 oder auf FR-2515379 A verwiesen.
  • Das Rückwärtsfahren mit einem Anhänger, welcher über eine Anhängerkupplung von einem Zugfahrzeug bewegt wird, erfordert einige Übung, da der Anhänger dazu neigt "auszuscheren". Die Aufgabe wird noch wesentlich schwieriger, wenn es sich um einen mehrachsigen Anhänger handelt. Bekannt wurde ein Projekt mit dem Titel "Future of Motion - Die elektronische Revolution im Antriebsstrang", bei welchem an einem Versuchsträger, bestehend aus einem Zugfahrzeug und einem zweiachsigem Anhänger, demonstriert wurde, dass es möglich ist, den Fahrzeugführer bei dieser schwierigen Aufgabe zu unterstützen. Dabei ist in dem Zugfahrzeug eine sog. by-wire Lenkung verbaut, welche aus einer Lenkhandhabe und einem von einem Computer angesteuerten Radwinkelsteller besteht. Bei Vorwärtsfahrt steuert der Fahrer über die Lenkhandhabe den Radwinkelsteller an und lenkt damit das Zugfahrzeug. Bei Rückwärtsfahrt (d. h. bei Rangier- oder Parkierbetrieb) lenkt der Fahrzeugführer nicht direkt das Zugfahrzeug, sondern gibt über die Lenkhandhabe den Sollkurs des Anhängers vor. Das heißt, dass der Fahrzeugführer quasi den Anhänger um einen virtuellen anhängerfesten Punkt lenkt, bei welchem es sich beispielsweise bei zweiachsigen Anhängern um die Mitte der lenkbaren Anhängerachse oder bei einachsigen Anhängern bzw. solchen mit Tandemachse um den Kugelkopf der Anhänger-Deichsel handeln kann. Denkbar ist es auch, den virtuellen Punkt in den Schwerpunkt oder die Mitte des Anhängers (in der Draufsicht) zu legen. Ein Computer berechnet dann die erforderlichen Lenkeinschläge am Zugfahrzeug, um den Anhänger auf dem gewünschten Kurs zu halten und steuert dementsprechend den Radwinkelsteller des Zugfahrzeuges an. Der Fahrer lenkt also mit der Lenkhandhabe direkt den Anhänger.
  • Handelt es sich bei dem beschriebenen Funktionsprinzip um eine Steuerung in Abhängigkeit von den Eingaben des Fahrers an der Lenkhandhabe, so besteht das Problem, dass diese grundsätzlich nicht in der Lage ist, äußere Störungen, wie beispielsweise Bordsteinkanten, unterschiedliche Fahrbahnreibwerte etc. zu berücksichtigen. Dies kann an einem einfachen, anschaulichen Beispiel verdeutlicht werden: Es sei angenommen, dass es sich um ein Zugfahrzeug (PKW) mit einem einachsigen Anhänger oder einem Anhänger mit einer Tandemachse handelt. Wird ein Rad des Anhängers bei Rückwärtsfahrt z. B. durch eine Bordsteinkante blockiert oder befinden sich die Räder des Anhängers auf unterschiedlichen Fahrbahnbelägen mit unterschiedlichen Reibwerten, so ermittelt eine reine Steuerung nicht die richtigen Sollwerte für die Radwinkelsteller des Zugfahrzeuges, da die beispielhaft genannten Störgrößen nicht berücksichtigt werden können bzw. werden.
  • Dieses beschriebene Problem lässt sich lösen, wenn die Ansteuerung des Radwinkelstellers des Zugfahrzeuges über eine Regelung erfolgt, die Information über die Lage oder Position des Anhängers in Relation zum Zugfahrzeug über eine geeignete Sensorik erhält. Der Fahrer kann dabei in den Regelkreis mit seinen Eingaben an der Lenkhandhabe integriert sein. Die Kombination aus Fahrereingabe und exakter Erkennung der Anhängerlage zum Zugfahrzeug mittels geeigneter Sensorik ermöglicht es einer in einer elektronischen Steuereinheit enthaltenen Regelung, alle möglichen Störungen zu berücksichtigen und auszuregeln. Dieser Stand der Technik ist Inhalt der eingangs genannten Schriften.
  • Bei diesem bekannten Stand der Technik kommen Winkelsensoren zum Einsatz, die zwischen der lenkbaren Achse des Anhängers und dem Anhängeraufbau sowie an der Anhängerkupplung des Zugfahrzeuges angebracht sind. Damit kann zum einen der Einschlagwinkel der lenkbaren Anhängerachse und zum anderen der Winkel zwischen der Längsachse des Zugfahrzeuges und der Längsachse der Anhänger-Deichsel bestimmt werden. Derartige Winkelsensoren sowie die Übermittlung von deren Signalen an eine elektronische Auswerte- und Steuereinheit sind jedoch relativ aufwändig, wobei dieser Aufwand für Lastkraftwagen mit Mehrachs- Anhängern mit lenkbaren Achsen eventuell noch gerechtfertigt ist, bei üblichen Personenkraftwagen hingegen, die nur gelegentlich einen Einachs- oder einen Tandemachs-Anhänger ziehen sollen, unvertretbar hoch ist.
  • Eine dahingehend verbesserte Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aufzuzeigen, ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung. Die Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, dass der besagte Winkel (bspw. zwischen der Längsachse des Zugfahrzeugs und der Längsachse des Anhängers oder der Anhänger-Deichsel) aus den Signalen zumindest zweier Abstandssensoren, die am Zugfahrzeug und/oder am Anhänger vorgesehen sind und die den jeweiligen Abstand zwischen dem Zugfahrzeug und dem Anhänger oder der Deichsel desselben ermitteln, bestimmt wird. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche.
  • Ein Gedanke der Erfindung ist es, die an vielen Personenkraftwagen bereits vorhandene Abstands-Mess-Sensorik zu nützen, um einer elektronischen Auswerte- und Steuereinheit die benötigte Information über die Lage oder Position des Anhängers in Relation zum Zugfahrzeug bei einer Rückwärtsfahrt zu vermitteln. Bislang dient diese Abstands-Mess-Sensorik insbesondere dazu, beim Einparken des Kraftfahrzeugs bzw. Personenkraftwagens auf drohende Kollisionen hinzuweisen. Dabei überwacht bzw. ermittelt diese Sensorik den Abstand zwischen dem Kraftfahrzeug und einem naheliegenden Hindernis.
  • Erfindungsgemäß soll nun das Messergebnis dieser Sensorik dazu genutzt werden, bspw. den Winkel zwischen der Längsachse des Zugfahrzeugs und der Längsachse eines hieran angekoppelten Einachs-Anhängers zu bestimmen. Üblicherweise sind mehrere solcher Abstandssensoren nebeneinander bspw. in der hinteren Stoßstange eines Personenkraftwagens angeordnet. Wenn sich die Längsachse des Anhängers in der Längsachse des Zugfahrzeuges fortsetzt, so dass zwischen diesen Längsachsen ein Winkel von 0° vorliegt, so ist der Abstand zwischen dem Zugfahrzeug und dem Anhänger (bzw. der Stirnseite desselben) an der linken Fahrzeugseite gleich demjenigen an der rechten Fahrzeugseite. Verlaufen hingegen die Längsachsen von Zugfahrzeug und Anhänger gegeneinander geneigt, d. h. liegt zwischen diesen Längsachsen ein Winkel α ungleich 0° (bzw. ungleich 180°) vor, so ist der Abstand zwischen dem Zugfahrzeug und dem Anhänger an der in Fzg. Fahrtrichtung betrachtet linken Fahrzeugseite ungleich dem entsprechenden Abstand an der rechten Fahrzeugseite.
  • Dies geht auch aus der beigefügten einzigen Figur hervor, die in Draufsicht einen PKW als Zugfahrzeug 1 sowie einen daran angehängten Anhänger 2 (bspw. Einachs-Wohnanhänger) zeigt. Die Längsachse des Anhängers 2 ist mit der Bezugsziffer 2' und diejenige des Zugfahrzeuges 1 mit der Bezugsziffer 1' bezeichnet. Diese beiden Längsachsen 1', 2' schneiden sich im Zentrum des Kugelkopfes 3a der PKW-Anhängerkupplung 3, auf welchen die Deichsel 4 des Anhängers 2 mit ihrem Kupplungsstück 4a aufgesetzt ist, unter dem Winkel α. Unter den Bezugsziffern 5 sind mehrere Abstandssensoren dargestellt, die in der hinteren Stossstange des Zugfahrzeugs 1 angeordnet sind, und die jeweils lokal begrenzt bzw. individuell den kürzesten Abstand zwischen ihrem Anbringungsort und dem Anhänger 2 bestimmen. Wie ersichtlich ist für α ≠ 0° der linksseitige besagte Abstand "I" ungleich dem entsprechenden rechtsseitigen besagten Abstand "r".
  • Mit der so gewonnenen Information und dem daraus abgeleiteten Winkel α kann eine elektronische Auswerte- und Steuereinheit bei Vorhandensein eines geeigneten Zugfahrzeug-Lenksystems, insbesondere eines sog. bywire Lenksystems, mit einem (hier nicht näher beschriebenem) Algorithmus den Fahrzeugführer bei Rückwärtsfahrt zu unterstützen, so dass unabhängig von äußeren Störungen der Anhänger dem Fahrerwunsch folgt und nicht ungewollt ausschert. Hierzu veranlasst die elektronische Steuereinheit über das geeignete Lenksystem geeignete Lenkeinschläge an den lenkbaren Rädern des Zugfahrzeugs 1.
  • Es ist aber nicht nur möglich, dass eine Korrektur für den Lenkeinschlag direkt in ein geeignetes Lenksystem des Zugfahrzeuges, welches unabhängig von oder zusätzlich zu den Vorgaben des Fahrzeugführers den Lenkeinschlag der lenkbaren Räder beeinflusst, eingespeist wird, sondern dass die Korrektur für den Lenkeinschlag dem Fahrzeugführer angezeigt wird. Das heißt, dass mit einer derartigen Abstands-Mess-Sensorik an Zugfahrzeugen, die kein (bspw. by-wire) Lenksystem besitzen, das zusätzliche, vom Fahrzeugführer unabhängige Lenkeingriffe ermöglicht, die Abstandsinformation zumindest dazu genutzt werden, dem Fahrzeugführer geeignete Hinweise zu geben, in welcher Weise er Korrekturen an seinem Lenkrad bzw. an seiner Lenkhandhabe vornehmen sollte. Im einfachsten Fall kann bei Rückwärtsfahrt mit den Abstandssensoren eine Kollisionswarnung erfolgen, d. h. bei einem entsprechend großen Winkel α zwischen den Längsachsen von Zugfahrzeug und Anhänger wird der Fahrzeugführer auf eine drohende Kollision zwischen diesen beiden hingewiesen wird.
  • Ausdrücklich sei darauf hingewiesen, dass die Abstandssensoren keineswegs alleine am Zugfahrzeug angebracht sein müssen. Vielmehr ist es auch möglich, derartige Abstandssensoren am Anhänger vorzusehen. Handelt es sich um einen Anhänger ohne lenkbare Achse, so können diese Abstandssensoren analog der vorangegangenen Beschreibung den Winkel zwischen den Längsachsen des Zugfahrzeuges sowie des Anhängers bestimmen. Bei einem Anhänger mit lenkbarer Achse, an welche üblicherweise die Deichsel angekoppelt ist, kann mit derartigen Abstandssensoren bei geeigneter Anbringung auch der Winkel zwischen dem Anhänger-Aufbau (bzw. dessen Längsachse) und der Deichsel-Längsachse bestimmt werden, d. h. der Einschlagwinkel der Lenk-Achse des Anhängers.
  • Was die Ausgestaltung der Abstands-Mess-Sensorik betrifft, so kann diese beispielsweise auf Ultraschall- oder Radarbasis arbeiten. Dabei deckt der Messbereich der üblicherweise in den Kraftfahrzeugen eingesetzten Abstandssensoren selbst große Deichsellängen ab. Auch ist die übliche Auflösung einer üblichen Abstands-Mess-Sensorik (in der Größenordnung von 1 cm) in jedem Fall ausreichend für die hiermit vorgeschlagene Anwendung. Mögliche Temperatureinflüsse können in bekannter Weise durch Quotientenbildung weitgehend ausgeschaltet werden. Auch wird bspw. das Ultraschall-Messprinzip üblicher Abstandssensoren bei den beim Rückwärtsfahren niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten nicht gestört.
  • Sollten sich derart große Winkel zwischen den Längsachsen des Zugfahrzeuges und des Anhängers einstellen, dass diese Knickwinkel mit der vorgeschlagenen Abstands-Mess-Sensorik nicht mehr erfassbar sind, so sind diese Knick-Winkel dann aus dem Fahrverhalten bei gesamtheitlicher Betrachtung des Gespanns (= Zugfahrzeug und Anhänger) erkennbar. Im übrigen können bei gerader Vorwärtsfahrt (= Zugbetrieb des Gespanns), die über einen Lenkwinkelsensor (dieser ist in einem Zugfahrzeug mit einer by- wire-Lenkung ohnehin vorhanden) und/oder Raddrehzahlsensoren (diese sind in jedem mit einem Anti-Blockier-System ausgestatteten Fahrzeug verbaut) erkannt werden kann, die Abstands-Mess-Sensoren kalibriert, d. h. quasi eingeeicht bzw. überprüft werden. Ferner kann über Kurvenfahrten bei geringerer Geschwindigkeit die Deichsellänge des Anhängers zumindest abgeschätzt bzw. ausreichend genau ermittelt werden. Hieraus ergibt sich dann ein Kalibrierfaktor für die Abstände zwischen dem Zugfahrzeug und dem Anhänger und daraus der besagte Winkel α (vgl. beigefügte Figur sowie obige Beschreibung hierzu), anhand dessen in der besagten Auswerte- und Steuereinheit zumindest ein Korrektur-Wert für den Lenkeinschlag der lenkbaren Räder des Zugfahrzeugs bestimmt wird.
  • Zusammenfassend sind durch die Positionserkennung eines Anhängers in Relation zum Zugfahrzeug mittels einer Abstands-Mess-Sensorik folgende Unterstützungen für den Fahrer des Zugfahrzeuges auf einfache Weise und insbesondere ohne aufwändige Zusatzausrüstung oder Nachrüstung möglich:
    Erkennung von Kollisionen zwischen Zugfahrzeug und Anhänger und hierauf eine Warnung des Fahrer, wobei für diese Funktion kein sog. aktives Lenksystem, d. h. kein Lenksystem, welches der Lenkvorgabe des Fahrers weitere Lenkwinkel hinzufügt, erforderlich ist.
    Ein Assistenzsystem für Anhängerrückwärtsfahrt. Dabei ist der Fahrer ein Bestandteil des Regelkreises und lenkt, wie bereits oben beschrieben, mit der Lenkhandhabe des Zugfahrzeuges den Anhänger um einen virtuellen Punkt des Anhängers (bspw. um den in der beigfügten Figur mit dem Buchstaben "a" bezeichneten Punkt). Selbstverständlich ist für diese Funktion ein sog. aktives Lenksystem im Zugfahrzeug erforderlich.
    Vollautomatische Rückwärtsfahrt (bspw. an einem LKW mit Anhänger in einem Verladebahnhof). Hierbei ist der Fahrer ist nicht Bestandteil des Regelkreises, sondern er kann das Fahrzeug sogar verlassen. Aktive Lenkung im Zugfahrzeug ist erforderlich. Bei gegebener Infrastruktur ist es dann möglich, den Sattelzug vollautomatisch zum Be- und Entladen fahrerlos zu bewegen.

Claims (4)

1. Vorrichtung zum Lenken eines Zugfahrzeuges mit einem Anhänger bei Rückwärtsfahrt, mit einer elektronischen Steuereinheit, die zumindest Korrekturen für den Lenkeinschlag der lenkbaren Räder des Zugfahrzeuges in Abhängigkeit vom Winkel zwischen der Längsachse des Zugfahrzeugs und der Längsachse des Anhängers oder der Anhänger-Deichsel vorgibt, dadurch gekennzeichnet, dass der besagte Winkel aus den Signalen zumindest zweier Abstandssensoren, die am Zugfahrzeug und/oder am Anhänger vorgesehen sind und die den jeweiligen Abstand zwischen dem Zugfahrzeug und dem Anhänger oder der Deichsel desselben ermitteln, bestimmt wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrektur für den Lenkeinschlag dem Fahrzeugführer angezeigt wird oder direkt in ein geeignetes Lenksystem des Zugfahrzeuges, welches unabhängig von oder zusätzlich zu den Vorgaben des Fahrzeugführers den Lenkeinschlag der lenkbaren Räder beeinflusst, eingespeist wird.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandssensoren auf Ultraschallbasis oder Radarbasis arbeiten.
4. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandssensoren im Zugbetrieb bei Vorwärtsfahrt des Zugfahrzeuges kalibriert werden.
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