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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Regelung der Rückwärtsfahrt
eines Fahrzeuggespanns gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren
zur Regelung der Rückwärtsfahrt
eines Fahrzeuggespanns gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 5.
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Die
Rückwärtsfahrt
eines Fahrzeuggespanns umfassend ein Zugfahrzeug mit einem daran angekoppelten
Anhänger
ist in der Regel instabil, d.h. der Einschlagwinkel der lenkbaren
Räder des
Zugfahrzeugs muss ständig
nachkorrigiert werden. Der Fahrer muss das Zugfahrzeug – bei einem
Anhänger mit
Deichsel – mit
einem bestimmten Winkel zwischen Deichsel und Zugfahrzeug und einem
bestimmten Winkel zwischen Deichsel und Anhänger bewegen, um stabil zu
bleiben. Die manuelle Korrektur der Fahrtrichtung über das
Lenkrad erweist sich für
den Fahrer als besonders schwierig, da das Lenkrad den Einschlagwinkel
der lenkbaren Räder
widerspiegelt und nur selten mit der gewünschten Fahrtrichtung übereinstimmt.
Ein Regelungssystem, das den Fahrer bei einer Rückwärtsfahrt unterstützt, muss
das Gleiche leisten können
wie der Fahrer.
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Aus
der
DE 198 34 752
A1 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Regelung
der Rückwärtsfahrt
eines Fahrzeuggespanns bestehend aus einem Zugfahrzeug und einem
Anhänger
bekannt. Die Stabilisierung basiert dabei auf der Regelung des Einschlagwinkels
der lenkbaren Räder
des Zugfahrzeugs in Abhängigkeit
der Fahrgeschwindigkeit und der Position des Anhängers relativ zum Zugfahrzeug. Bei
einer stabilen Vorwärtsfahrt
werden in kurzen Zeitabständen
die Einschlagwinkel der lenkbaren Räder, die dazugehörigen relativen
Position des Zugfahrzeugs zum Anhänger und die dazugehörigen Geschwindigkeiten
erfasst und gespeichert. Bei einer Rückwärtsfahrt wird eine Servolenkeinrichtung
des Zugfahrzeugs anhand der gespeicherten Werte so angesteuert,
dass das Gespann einem vorgegebenen Kurvenradius stabil folgt. Der
Kurvenradius wird dabei vom Fahrer über ein Potentiometer vorgegeben.
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Des
weiteren ist aus der
DE
198 06 655 A1 eine elektronische Rangierhilfe für die Rückwärtsfahrt
eines Zugfahrzeugs mit Anhänger
bekannt, bei dem das Zugfahrzeug über eine Deichsel mit dem Anhänger verbunden
ist und bei dem die Rückwärtsfahrt
durch einen aktiven Lenkeingriff am Lenkrad des Zugfahrzeugs mittels
eines Stellmotors stabilisiert wird. Die Stabilisierung basiert
dabei auf der Ermittlung des Winkels zwischen Anhänger und
Deichsel zu Beginn der Rückwärtsfahrt
und der Steuerung des Lenkeingriffs derart, dass dieser Winkel während der
Rückwärtsfahrt
seinen anfänglichen
Wert unverändert
beibehält.
Das Zugfahrzeug und der Anhänger
müssen
demnach vom Fahrer vor Beginn der Rückwärtsfahrt in eine stabile Ausgangsposition
gebracht werden, in der der Winkel zwischen Zugfahrzeug und Deichsel
bereits den für
den gewünschten Kurvenradius
erforderlichen Wert angenommen hat.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Regelung
der Rückwärtsfahrt
eines Fahrzeuggespanns umfassend ein Zugfahrzeug und einen Anhänger anzugeben,
die zuverlässig
arbeitet und die verhindert, dass das Fahrzeuggespann in eine nicht
mehr steuerbare Position gebracht wird. Der Erfindung liegt weiterhin
die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben der Vorrichtung
anzugeben.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale der unabhängigen
Ansprüche
gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
zur Regelung der Rückwärtsfahrt
eines Fahrzeuggespanns, welches ein Zugfahrzeug mit einem Anhänger umfasst,
weist Eingabemittel zur Eingabe eines Fahrerwunsches als Kursbestimmende
Fahrervorgabe, Detektionsmittel zur Erfassung einer die aktuelle
Position des Anhängers
relativ zum Zugfahrzeug beschreibenden Anhänger-Zugfahrzeug-Winkellage,
Berechnungsmittel zur Berechnung eines Soll-Lenkeinschlagwinkels als Lenksteuerbefehl
für einen
automatischen Lenkeingriff und Stellmittel zur Durchführung des
Lenksteuerbefehls auf, sowie einen Sollwertfilter mit in Abhängigkeit
der aktuellen Anhänger-Zugfahrzeug-Winkellage
steuerbaren Filterparametern, wobei der Sollwertfilter zur Erzeugung
einer Führungsgröße für die Regelung
des Lenkeingriffs durch Filterung der Fahrervorgabe vorgesehen ist.
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Durch
die Steuerung der Filterparameter in Abhängigkeit der aktuellen Anhänger-Zugfahrzeug-Winkellage
wird eine Anpassung der Filtercharakteristik des Sollwertfilters
an die aktuelle Winkellage des Anhängers bezüglich des Zugfahrzeugs vorgenommen.
Dadurch wird eine an die aktuelle Anhänger-Zugfahrzeug-Winkellage angepasste Begrenzung
des Werts und der Anstiegsgeschwindigkeit der Führungsgröße derart vorgenommen, dass keine
hinsichtlich des Werts und der Anstiegsgeschwindigkeit nicht realisierbare
Lenksteuerbefehle gefordert werden. Zudem wird verhindert, dass
das Fahrzeuggespann in eine bei der Rückwärtsfahrt nicht mehr steuerbare
Anhänger-Zugfahrzeug-Winkellage
gebracht wird.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung ist der der Sollwertfilter
eingerichtet, die Änderungsrate
der Fahrervorgabe bezogen auf die Zeit und die Änderungsrate der Fahrervorgabe
bezogen auf die vom Zugfahrzeug gefahrene Strecke betragsmäßig zu begrenzen.
Hierdurch werden sprungartige und von der Regelung nicht handhabbare Änderungen
der Fahrervorgabe auf realisierbare Vorgabewerte korrigiert.
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Vorzugsweise
weist die erfindungsgemäße Vorrichtung
weiterhin einen Ist-Sollwert-Vergleicher und einen Regler mit integrierendem
Verhalten, insbesondere einen PI-Regler auf. Der Ist-Sollwert-Vergleicher
ist dabei zur Ermittlung der Abweichung zwischen der Führungsgröße und einer
zur Führungsgröße korrespondierenden
Istgröße vorgesehen
und der Regler ist zur Umsetzung der ermittelten Abweichung in eine
Regelgröße vorgesehen,
aus der die Berechnungsmittel zur Berechnung des Soll-Lenkeinschlagwinkels
anschließend
den Lenksteuerbefehl ermitteln.
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Vorzugsweise
sind die Berechnungsmittel zur Berechnung des Soll-Lenkeinschlagwinkels
eingerichtet, den Lenkbefehl, d.h. den Soll-Lenkeinschlagwinkel
als einen Lenkeinschlagwinkel zu berechnen, der am Lenksystem des
Zugfahrzeug eingestellt werden muss, um die Anhänger-Zugfahrzeug-Winkellage
mit einer aus der Regelgröße ermittelten
fahrstreckenbezogenen Änderungsrate
zu variieren.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
zur Regelung der Rückwärtsfahrt
eines Fahrzeuggespanns umfassend ein Zugfahrzeug mit angekoppeltem
Anhänger
erfolgt Regelung entsprechend einer Fahrervorgabe, wobei unter Berücksichtigung
einer die aktuelle Position des Anhängers relativ zum Zugfahrzeug
beschreibenden Anhänger-Zugfahrzeug-Winkellage ein Soll-Lenkeinschlagwinkel
als Lenksteuerbefehl für
einen automatischen Lenkeingriff berechnet wird und der Lenkeingriff
entsprechend dem Lenksteuerbefehl durchgeführt wird. Zur Vermeidung von
nichtrealisierbaren Lenksteuerbefehlen wird aus der Fahrervorgabe
durch eine Sollwertfilterung eine gefilterte Fahrervorgabe erzeugt, die
als Führungsgröße der Regelung
zugrunde gelegt wird. Die Sollwertfilterung wird dabei in Abhängigkeit
der aktuellen Anhänger-Zugfahrzeug-Winkellage
durchgeführt.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird zur Erfassung
der Anhänger-Zugfahrzeug-Winkellage
ein Anhängerlenkwinkel
als Winkel zwischen den Längsachsen
des Anhängers
und einer Deichsel des Anhängers
und ein Deichselwinkel als Winkel zwischen den Längsachsen der Deichsel und
des Zugfahrzeugs erfasst.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird die
Führungsgröße mit einer
Regelstrecke in eine Reglervorgabe umgesetzt, die angibt, um welchen
Betrag der Anhängerlenkwinkel
bezogen auf die Länge
der vom Zugfahrzeug gefahrenen Strecke geändert werden muss, um den Lenkeingriff
entsprechend der Führungsgröße zu regeln.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird der
Soll-Lenkeinschlagwinkel als Lenkeinschlagwinkel berechnet, der
am Zugfahrzeug eingestellt werden muss, um den Anhängerlenkwinkel
mit der durch die Reglervorgabe vorgegebenen fahrstreckenbezogenen Änderungsrate
zu variieren.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme
auf die Figuren näher
beschrieben. Dabei zeigen:
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1 eine
Prinzipdarstellung eines Fahrzeuggespanns bestehend aus einem Zugfahrzeug und
Anhänger,
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2 ein
Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung
zur Regelung der Rückwärtsfahrt
des Fahrzeuggespanns aus 1,
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3 eine
Prinzipdarstellung der Anhänger-Zugfahrzeug-Winkellage des Fahrzeuggespanns aus 1 bei
einer Regelung der Rückwärtsfahrt ohne
Filterung der Fahrervorgabe,
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4 ein
Zeitdiagramm mit verschiedenen, zur Darstellung aus 3 zugehörigen Winkeln,
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5 eine
Prinzipdarstellung der Anhänger-Zugfahrzeug-Winkellage des Fahrzeuggespanns aus 1 bei
einer Regelung der Rückwärtsfahrt
mit Filterung der Fahrervorgabe,
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6 ein
Zeitdiagramm mit verschiedenen, zur Darstellung aus 3 zugehörigen Winkeln,
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7 ein
Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung
zur Regelung der Rückwärtsfahrt
des Fahrzeuggespanns aus 1,
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8 ein
Blockschaltbild eines dritten Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung
zur Regelung der Rückwärtsfahrt
des Fahrzeuggespanns aus 1.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel
gemäß 1 umfasst
das Fahrzeuggespann ein Zugfahrzeug A und einen daran über eine
Deichsel B1 angekoppelten Anhänger
B. Die Vorderachse des Anhängers
B ist lenkbar ausgeführt.
Der Anhänger
B weist hierzu einen mit der Deichsel B1 gekoppelten Drehschemel auf.
Die Vorderachse des Anhängers
B lässt
sich somit über
die Deichsel B1 um einen Anhängerlenkwinkel κ2, der einem
Knickwinkel zwischen den Längsachsen
des Anhängers
B und der Deichsel B1 entspricht, gegenüber der Hinterradachse des
Anhängers
B verschwenken. Die relative Position des Anhängers B bezüglich des Zugfahrzeugs A, d.h.
die Anhänger-Zugfahrzeug-Winkellage
des Fahrzeuggespanns, wird durch den Anhängerlenkwinkels κ2 und einen
weiteren, im folgenden als Deichselwinkel κ1 bezeichneten Knickwinkel zwischen
den Längsachsen
des Zugfahrzeugs A und der Deichsel B1 bestimmt.
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In
der Figur ist noch der Einschlagwinkel des rechten Vorderrads des
Zugfahrzeugs A als Lenkeinschlagwinkel δ eingezeichnet. Es wird nachfolgend vereinfachen
davon ausgegangen, dass die Einschlagwinkel an beiden Vorderrädern des
Zugfahrzeugs A gleich sind. Aufgrund der Spurgeometrie ist dies
in der Regel jedoch nicht der Fall. In einem solchen Fall bezeichnet
der Lenkeinschlagwinkel δ den Einschlagwinkel
des Vorderrads eines Einspurmodells des Zugfahrzeugs A. Bei einem
solchen Einspurmodell werden die linken und rechten Räder des Fahrzeugs
jeweils zu einem fiktiven Mittelrad in der Mitte des Zugfahrzeugs
A zusammengefasst. Der Lenkeinschlagwinkels δ ist demnach proportional zu dem
Drehwinkel des Lenkrads des Zugfahrzeugs A, wobei der Proportionalitätsfaktor
der Lenkübersetzung
des Lenksystems des Zugfahrzeugs A entspricht.
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Um
den Anhänger
B entlang einer Kreisbahn zu bewegen, muss der Anhängerlenkwinkel κ2 so eingestellt
werden, dass die Verlängerungen
der Vorder- und Hinterradachse des Anhängers B sich im Mittelpunkt
dieser Kreisbahn schneiden. Die Einstellung des Anhängerlenkwinkels κ2 erfolgt
durch eine entsprechende Änderung
des Deichselwinkels κ1, der
seinerseits durch Steuerung des Lenkeinschlagwinkels δ eingestellt
wird.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
muss den Lenkeinschlagwinkel δ nun
so einstellen, dass das Fahrzeuggespann A, B nach und nach auf eine vom
Fahrer gewünschte
Bahn gebracht wird. Die Einstellung erfolgt dabei durch eine Regelung.
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Gemäß 2 umfasst
eine solche Vorrichtung zur Einstellung des Lenkeinschlagwinkels δ einen Sollwertfilter 10,
einen Ist-Sollwert-Vergleicher 11, einen Regler 12,
einen Summierer 13, Berechnungsmittel 14 zur Berechnung
eines Soll-Lenkeinschlagwinkels δsoll, Berechnungsmittel 15 zur
Berechnung einer Grenzgeschwindigkeit vg, eine Steuereinrichtung 16 zur
Durchführung
eines Lenkeingriffs entsprechend dem berechneten Soll-Lenkeinschlagwinkel δsoll und
zur Begrenzung der Fahrgeschwindigkeit v des Zugfahrzeugs A entsprechend der
berechneten Grenzgeschwindigkeit vg sowie Detektionsmittel 17 zur
Ermittlung der aktuellen Knickwinkel κ1, κ2 und der Fahrgeschwindigkeit
v des Zugfahrzeugs A.
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Die
Berechnungsmittel 14 zur Berechnung des Soll-Lenkeinschlagwinkels δsoll stellen
den Hauptbestandteil der Vorrichtung dar. Diese Berechnungsmittel 14 berechnen
aus den aktuellen Werten der Knickwinkel κ1, κ2 und einer Reglervorgabe κ'2set den Soll-Lenkeinschlagwinkel δsoll, der
als Lenkeinschlagwinkel δ am
Zugfahrzeug A eingestellt werden muss, um den Anhängerlenkwinkel κ2 mit einer
durch die Reglervorgabe κ'2set vorgegebenen Rate
zu variieren. Die Reglervorgabe κ'2set stellt dabei
eine von der Vorrichtung geforderte fahrstreckenbezogene Änderung
des Anhängerlenkwinkels κ2 dar, wobei
unter einer fahrstreckenbezogenen Änderung einer Größe die relative Änderung
dieser Größe bezogen
auf die Länge
einer von der Hinterachse des Zugfahrzeugs A gefahrenen Strecke
verstanden wird.
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Die
Berechnung des Soll-Lenkeinschlagwinkels δsoll wird zyklisch wiederholt
und basiert auf der Auswertung von Bewegungsgleichungen, die das Bewegungsverhalten
eines Fahrzeugmodells des Fahrzeuggespanns A, B beschreiben.
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Die
Berechnungsmittel 15 werten die aktuellen Knickwinkel κ1, κ2 aus, um
zu prüfen,
ob diese so groß sind,
dass die Gefahr eines Verkeilens des Zugfahrzeugs A und des Anhängers B
besteht, d.h. ob zulässige
technische Grenzen der Knickwinkel κ1, κ2 überschritten werden. Als Berechnungsergebnis
wird eine Grenzgeschwindigkeit vg bereitgestellt, die eine bei den
aktuellen Knickwinkeln κ1, κ2 gerade
noch zulässige
Fahrgeschwindigkeit v darstellt.
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Die
Steuereinrichtung 16 umfasst Stelleinrichtungen zur Einstellung
des Lenkeinschlagwinkels δ auf
den Wert des Soll- Lenkeinschlagwinkels δsoll. Die
Einstellung kann dabei durch eine einfache Steuerung erfolgen oder
durch eine Regelung, bei der die Abweichung zwischen dem aktuellen
Lenkeinschlagwinkel δ und
dem Soll-Lenkeinschlagwinkel δsoll
mit geeigneten Mitteln ermittelt und ausgeregelt wird.
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Die
Steuereinrichtung 16 umfasst weiterhin Mittel zur Begrenzung
der vom Fahrer gesteuerten Fahrgeschwindigkeit v auf Werte unterhalb
der Grenzgeschwindigkeit vg. Im Extremfall kann das Zugfahrzeug
A bei hoher Verkeilgefahr somit angehalten werden.
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Die
Reglervorgabe κ'2set wird in Abhängigkeit
des Fahrerwunsches und in Abhängigkeit
der aktuellen Knickwinkel κ1, κ2 und Fahrgeschwindigkeit
v vorgegeben.
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Der
Fahrer gibt dabei seinen den gewünschten
Fahrkurs betreffenden Fahrerwunsch über geeignete Eingabemittel,
beispielsweise über
ein Potentiometer oder einen Joystick, als Fahrervorgabe fw vor. Im
vorliegenden Ausführungsbeispiel
handelt es sich bei der Fahrervorgabe fw um einen Wunschwert für den Anhängerlenkwinkel κ2.
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Die
Fahrervorgabe fw wird in dem Sollwertfilter 10 unter Berücksichtigung
der aktuellen Knickwinkel κ1, κ2 und der
aktuellen Fahrgeschwindigkeit v gefiltert. Als Ergebnis der Filterung
wird eine für
die Regelung des Lenkeingriffs geeignete Führungsgröße fwfilt erzeugt. Der Sollwertfilter 10 und
die ihm zugrunde liegende Aufgabe werden weiter unten näher erläutert.
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Der
Ist-Sollwert-Vergleicher 11 vergleicht die Führungsgröße fwfilt
mit dem der Führungsgröße korrespondierenden
Istwert des Anhängerlenkwinkels κ2 und ermittelt
somit die Differenz zwischen der Führungsgröße fwfilt und dem aktuellem
Anhängerlenkwinkel κ2 als Regelabweichung Δf.
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Die
Regelabweichung Δf
wird dem Regler 12 zugeführt. Dieser weist integrierendes
Verhalten auf und ist beispielsweise als PI-Regler ausgeführt.
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Der
Regler 12 liefert als Ausgangssignal ein Reglerstellsignal κ'2r, das vom Summierer 13 mit
einem Vorsteuersignal κ'2ff summiert wird,
um die Reglervorgabe κ'2set zu erzeugen.
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Der
Summierer 13 bewirkt somit eine Vorsteuerung, durch die
Systemungenauigkeiten ausgeregelt werden. Solche Systemungenauigkeiten
resultieren beispielsweise aus Ungenauigkeiten des Fahrzeugmodells,
das der Berechnung des Soll-Lenkeinschlagwinkels δsoll zugrunde
gelegt worden ist, sowie aus Ungenauigkeiten zwischen dem berechneten
Soll-Lenkeinschlagwinkel δsoll und
dem von der Steuereinrichtung 16 tatsächlich eingestellten Lenkeinschlagwinkel δ.
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Das
Vorsteuersignal κ'2ff wird vom Sollwertfilter 10 bereitgestellt
und wird in Abhängigkeit
der Fahrervorgabe fw, der aktuellen Knickwinkel κ1, κ2 und der aktuellen Fahrgeschwindigkeit
v derart generiert, dass die Ausregelung der Regelabweichung Δf erleichtert
wird. Im Sollwertfilter 10 kann hierzu beispielsweise eine
Tabelle hinterlegt sein, die für
verschiedene Konstellationen der Fahrervorgabe fw, Knickwinkel κ1, κ2 und Fahrgeschwindigkeit
v einen jeweils geeigneten, beispielsweise durch Fahrtests oder
Simulation ermittelten Wert des Vorsteuersignals κ'2ff enthält.
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Primäre Aufgabe
des Sollwertfilters 10 ist es aber, die Fahrervorgabe fw
derart zu filtern, dass die Führungsgröße fwfilt
folgende Eigenschaften aufweist:
- – der Betrag
der Führungsgröße fwfilt
lässt sich umsetzen,
d.h. die Kompensation der Regelabeichung Δf erfordert keine Werte für den Soll-Lenkeinschlagwinkel δsoll, die
außerhalb
des technisch realisierbaren Wertebereichs des Lenkeinschlagwinkels δ liegen;
- – die
Dynamik der Führungsgröße fwfilt
lässt sich umsetzen,
d.h. die Kompensation der Regelabeichung Δf erfordert keine Änderungsgeschwindigkeit
für den
Soll-Lenkeinschlagwinkel δsoll, die größer als
die von der Steuereinrichtung 16 maximal realisierbaren Änderungsgeschwindigkeit
ist;
- – die
Führungsgröße fwfilt
ist so beschränkt,
dass keiner der beiden Knickwinkel κ1, κ2 seine technische Begrenzung überschreitet,
bei der das Zugfahrzeug A und der Anhänger B sich berühren und infolgedessen
gegenseitig beschädigen
könnten;
- – die
Führungsgröße fwfilt
ist so beschränkt,
dass das Fahrzeuggespann A, B nicht in eine Knickwinkelkonstellation κ1, κ2 gebracht
wird, in der es bei einer fortgesetzten Rückwärtsfahrt nicht mehr steuerbar
wäre.
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Um
diese Vorgaben zu erfüllen,
wird der Fahrerwunsch fw im Wert und in der auf die Zeit und die gefahrene
Strecke bezogenen Anstiegsgeschwindigkeit begrenzt, wobei die Begrenzung
in Abhängigkeit der
aktuellen Knickwinkel κ1, κ2 und der
aktuellen Fahrgeschwindigkeit v vorgenommen wird. Der Sollwertfilter 10 weist
demnach eine Übertragungsfunktion
auf, die in Abhängigkeit
der aktuellen Konstellation von Knickwinkel κ1, κ2 und Fahrgeschwindigkeit v vorgegeben
wird. Die geeignete Zuordnung zwischen den die Übertragungsfunktion bestimmenden Filterparametern
des Sollwertfilters 10 und den Knickwinkeln κ1, κ2 und der
Fahrgeschwindigkeit v lässt
sich vorab experimentell oder durch Simulation ermitteln und im
Sollwertfilter 10 in Form von einer Tabelle hinterlegen.
Während
des Betriebs werden dann die Filterparameter entsprechend der aktuellen Konstellation
von Knickwinkel κ1, κ1 und Fahrgeschwindigkeit
v aus der Tabelle ausgewählt.
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Der
Sollwertfilter 10 weist vorteilhafterweise tiefpassähnliches
Verhalten mit einer nicht oder lediglich geringfügig überschwingenden Sprungantwort
auf.
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3 zeigt
die relative Position des Zugfahrzeugs A bezüglich des Anhängers B
zu verschiedenen Zeitpunkten t1, t2, t3, t4, wenn die Fahrervorgabe
fw nicht gefiltert wird, d.h. wenn die Führungsgröße fwfilt gleich der Fahrervorgabe
fw ist. Die zugehörigen
Winkel sind in 4 gezeigt.
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Gemäß 4 gibt
der Fahrer zum Zeitpunkt t1 eine sprungartige Änderung der Fahrervorgabe fw vor.
Der Lenkeinschlagwinkel δ wird
daraufhin zunächst
erhöht
und anschließend
wieder reduziert. Dies führt
zu einem Anstieg des Anhängerlenkwinkels κ2 und zu
einer Reduzierung des Deichselwinkels κ1. Der Deichselwinkel κ1 erreicht
zum Zeitpunkt t10 seine untere technische Grenze κ10 (und unterschreitet
diese, was nur in einer Simulation möglich ist) und der Lenkeinschlagwinkel δ erreicht
zum Zeitpunkt t11 einen Wert, bei dem die Lenkung sich am Anschlag
befindet. Bei Fortsetzung der Rückwärtsfahrt
steigt der Anhängerlenkwinkel κ2 zwar wie
gewünscht
an, eine Einregelung auf den Endwert der Fahrervorgabe fw ist aber
nicht möglich,
da der Lenkeinschlagwinkel δ über den
Anschlagpunkt hinaus nicht steuerbar ist. Das Fahrzeuggespann A,
B wird somit in eine Position gebracht, in der es bei einer Rückwärtsfahrt
nicht mehr steuerbar ist.
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5 zeigt
demgegenüber
die relative Position des Zugfahrzeugs A in Bezug auf den Anhänger B zu
verschiedenen Zeitpunkten t1 bis t6, wenn die Fahrervorgabe fw erfindungsgemäß gefiltert
wird. Die zugehörigen
Winkel sind in 6 gezeigt.
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Gemäß 6 gibt
der Fahrer zum Zeitpunkt t1 eine sprungartige Änderung der Fahrervorgabe fw vor.
Dieser Sprung wird durch Filterung verschliffen, so dass die Führungsgröße fwfilt
entsprechend der Übertragungsfunktion
eines Tiefpassfilters mit kritischer Dämpfung zunächst langsam, dann etwas schneller
ansteigt und anschließend
langsam der Führungsgröße fw angenähert wird.
Dies hat zur Folge, dass auch der Lenkeinschlagwinkel δ und der Deichselwinkel κ1 bei betragsmäßig großen Winkelwerten
langsam und bei betragsmäßig kleinen
Winkelwerten schnell variiert wird. Der Anhängerlenkwinkel κ2 kann der
Führungsgröße fwfilt
gut nachgeregelt werden und das Fahrzeuggespann A, B bleibt auch
zum Zeitpunkt t6 noch in einem bei der Rückwärtsfahrt steuerbaren Bereich.
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Das
Blockschaltbild gemäß 7 unterscheidet
sich geringfügig
von dem Blockschaltbild gemäß 2.
Der Unterschied besteht darin, dass die Fahrervorgabe fw nunmehr
eine fahrstreckenbezogene Änderung
des Anhängerlenkwinkels κ2 repräsentiert.
Der Fahrer gibt demnach vor, um welchen Wert sich der Anhängerlenkwinkel κ2 pro Längeneinheit
der gefahrenen Strecke ändern
soll. Der Sollwertfilter 10 erfüllt die gleiche Aufgabe wie
der Sollwertfilter 10 aus 2, die Filterung
erfolgt nunmehr jedoch nur noch in Abhängigkeit der Knickwinkel κ1, κ2. Die Führungsgröße fwfilt
hat entsprechend dem Fahrerwunsch fw ebenfalls die Dimension eines fahrstreckenbezogenen
Winkels. Für
den Ist-Sollwertvergleich
ist es daher erforderlich, den ermittelten aktuellen Anhängerlenkwinkel κ2 in einen
fahrstreckenbezogenen Winkel κ'2 umzurechnen. Diese Berechnung
wird mit den Istwertberechnungsmitteln 18 durchgeführt und
basiert auf der Berechnung der Länge
der gefahrenen Strecke des Zugfahrzeugs A anhand der ermittelten
Fahrgeschwindigkeit v und der Bildung des Verhältnisses aus dem erfassten
Anhängerlenkwinkel κ2 zu der
Länge der
gefahrenen Strecke.
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Der
Sollwertfilter 10 liefert ebenfalls das Vorsteuersignal κ'2ff. Dieses ist nunmehr
aber gleich der Führungsgröße fwfilt.
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Im Übrigen unterscheidet
sich die Vorrichtung gemäß 7 nicht
von der Vorrichtung gemäß 2.
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Das
Blockschaltbild gemäß 8 unterscheidet
sich ebenfalls nur geringfügig
von dem Blockschaltbild gemäß 2.
Der Unterschied besteht darin, dass die Fahrervorgabe fw nunmehr
eine zeitliche Änderung
des Anhängerlenkwinkels κ2 repräsentiert.
Der Fahrer gibt demnach vor, um welchen Wert sich der Anhängerlenkwinkel κ2 pro Zeiteinheit ändern soll.
Der Sollwertfilter 10 erfüllt die gleiche Aufgabe wie
der Sollwertfilter 10 aus 2; die Filterung
erfolgt ebenfalls in Abhängigkeit
der aktuellen Knickwinkel κ1, κ2 und der
Fahrgeschwindigkeit v. Die Führungsgröße fwfilt
hat entsprechend dem Fahrerwunsch fw ebenfalls die Dimension einer zeitlichen
Winkeländerung κ . =
dκ/dt. Für den Ist-Sollwertvergleich
ist es daher erforderlich, den ermittelten aktuellen Anhängerlenkwinkel κ2 in eine
zeitliche Winkeländerung κ .2
= dκ2/dt
umzurechnen. Diese Berechnung entspricht einer Differentiation des
Anhängerlenkwinkels κ2; sie wird
mit den Istwertberechnungsmitteln 18 durchgeführt.
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Das
Vorsteuersignal κ'2ff wird aus der
Führungsgröße fwfilt
berechnet. Die Umrechnung ist erforderlich, da die Führungsgröße fwfilt
eine zeitbezogene Winkeländerung,
das Vorsteuersignal κ'2ff hingegen eine
streckenbezogene Winkeländerung
repräsentiert.
Die Umrechnung erfolgt mit Vorsteuerberechnungsmitteln 19 in
Abhängigkeit
der aktuellen Fahrgeschwindigkeit v, die den Zusammenhang zwischen
Streckenbezug und Zeitbezug beschreibt.
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Im Übrigen unterscheidet
sich die Vorrichtung gemäß 8 nicht
von der Vorrichtung gemäß 2.
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Die
in den 2, 7 und 8 gezeigten Funktionsblöcke 10, 11, 12, 13, 14, 15, 18, 19 können sowohl
hardwaremäßig als
auch softwaremäßig realisiert
werden. Denkbar ist auch eine kombinierte hardwaremäßige und
softwaremäßige Realisierung. Bei
einer softwaremäßigen Realisierung
sind die Funktionsblöcke
als Programmfunktionen realisiert, die in einem oder mehreren Steuergeräten abgearbeitet
werden.
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Die
vorliegenden Ausführungsbeispiele
beziehen sich allesamt auf ein Fahrzeuggespann, bei dem der Anhänger eine
gelenkte Achse aufweist. Die Vorrichtung lässt sich selbstverständlich auch
für den Einsatz
an Fahrzeuggespanne mit Anhängern
mit ungelenkten, d.h. starren Achsen anpassen. Ein solcher Anhänger kann
beispielsweise auch als Sattelauflieger ausgeführt sein. Für die Anpassung sind lediglich
die beiden Knickwinkel κ1, κ2 zu einem Knickwinkel
zusammenzufassen.