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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein System sowie ein Verfahren zur Festlegung eines Soll-Knickwinkels zwischen einem Anhänger und einer Zugmaschine. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Verbesserungen bei solchen Systemen, bei welchen ein Anwender einen Soll-Knickwinkel wahlfrei eingeben kann.
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Das Rangieren mit einem Anhänger stellt eine anspruchsvolle Fahraufgabe dar. In bekannten Realisierungen von Anhängerrangierassistenten wird der Fahrer unterstützt, indem er einen Soll-Knickwinkel über eine Eingabevorrichtung vorgibt, welcher durch eine aktive Ansteuerung der Lenkung durch den Anhängerrangierassistenten realisiert wird. Für Lastkraftwagen (LKW) werden seit Längerem Assistenten zum Unterstützen bei der Fahrt mit einem Gespann (Zugmaschine mit Anhänger) entwickelt und erfolgreich in Serie verwendet.
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DE 10 2009 039 111 A1 beschreibt ein Assistenzsystem zum Rückwärtsfahren von Fahrzeugverbänden mit Umgebungsvermessung. Eine Umfeldsensorik sorgt hierbei für eine Erkennung plötzlich hinter dem Anhänger auftretender Hindernisse, deren Erkennung zur Anzeige eines Hinweises für den Fahrer der Zugmaschine oder bei vollautomatischer Fahrt des Fahrzeugverbandes zur Einleitung entsprechender Manöver führt.
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DE 10 2012 004 440 A1 zeigt eine Steuerung eines Rangiervorgangs eines Fahrzeuggespanns, für welches ein erstes Steuergerät an dem Anhängerfahrzeug und ein zweites Steuergerät an dem Zugfahrzeug angeordnet ist. Beide Steuergeräte können zur Festlegung einer gewünschten Trajektorie miteinander kommunizieren. Zusätzlich wird vorgeschlagen, die Umfeldsensorik am Heck des Zugfahrzeugs oder am Heck des Anhängerfahrzeugs sowie Ultraschallsensoren eines Parkabstandanzeigesystems zur Umgebungssensorik zu verwenden. Die Fortbewegung des Fahrzeugverbandes erfolgt manuell bzw. (teil)automatisch.
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DE 101 54 612 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Lenken eines Zugfahrzeuges mit einem Anhänger bei der Rückwärtsfahrt, welche einen Lenkeinschlag korrigiert, um durch Abstandssensoren ermittelte Abstände in Abhängigkeit eines Winkels zwischen der Längsachse des Zugfahrzeugs und der Längsachse des Anhängers in Übereinstimmung mit Sollwerten zu bringen.
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Für einfach aufgebaute und auch am PKW verwendbare Assistenzsysteme besteht daher weiterhin Bedarf, den Anwenderkomfort und die Fahrsicherheit zu erhöhen. Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den vorstehend identifizierten Bedarf zu stillen. Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Kollisionen durch ein Ausscheren einer lenkbaren Achse einer Zugmaschine während einer Rangierfahrt zu vermeiden.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorstehend genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 sowie durch ein System mit den Merkmalen gemäß Anspruch 5 gelöst. Das Verfahren dient der Festlegung eines Soll-Knickwinkels zwischen einem Anhänger und einer Zugmaschine. Die Zugmaschine kann beispielsweise ein Straßenfahrzeug sein, an welches ein beliebiger, nicht selbständig lenkfähiger Anhänger angehängt ist. Zunächst wird ein kollisionsrelevantes Umgebungsobjekt in der Umgebung des Gespanns ermittelt. Anschließend wird durch einen Anwender ein erster Soll-Knickwinkel zwischen dem Anhänger und der Zugmaschine ausgewählt. Dies kann eine Eingabe mittels einer Anwenderschnittstelle umfassen, durch welche der Anwender bestimmt, um welchen Winkel die Längsachsen des Anhängers einerseits und der Zugmaschine andererseits zueinander verdreht werden (in azimutaler Richtung, ”Azimut”). Diese Auswahl kann beispielsweise durch Eingabe von Ziffern des gewünschten Winkelwertes oder durch Betätigen eines mit einer korrespondierenden graphischen Darstellung gekoppelten Dreh-Drück-Stellers (insbesondere stufenlos) gefolgt werden. Erfindungsgemäß wird außerdem eine der Zugmaschine drohende Kollision mit dem ermittelten Umgebungsobjekt für den Fall erkannt, dass ein definierter Winkel, insbesondere der erste Soll-Knickwinkel, für die Weiterfahrt verwendet bzw. realisiert wird. Üblicherweise ist hierzu ein korrespondierender Lenkeinschlag der Zugmaschine erforderlich, durch welchen sich bei der Fortbewegung des Gespanns (insbesondere in rückwärtige Richtung) ein zunehmender Knickwinkel über der zurückgelegten Wegstrecke einstellt. Im Ansprechen auf die erkannte drohende Kollision wird zur Vermeidung der Kollision automatisch die Verwendung des ersten Soll-Knickwinkels verhindert. Beispielsweise kann die Eingabe gänzlich ignoriert werden.
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Alternativ oder zusätzlich kann eine Meldung an den Anwender ausgegeben werden, dass der ausgewählte Knickwinkel aus Kollisionsgründen nicht möglich ist. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass ein Anwender zwar einen für ein beabsichtigtes Manöver grundsätzlich geeigneten Soll-Knickwinkel festlegt, dieser jedoch zu einer Kollision der Zugmaschine mit dem Umgebungsobjekt führt. Auf diese Weise hat der Anwender nicht auf etwaige Signale der Umgebungssensorik zu achten, um die Kollision während des Manövers selbst zu verhindern. Stattdessen kann er sich besser und in der Gewissheit der Fahraufgabe widmen, dass die Knickwinkelvorgabe nicht die kollisionsfreie Fahrt seines Gespanns gefährdet.
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Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Anstatt den ersten Soll-Knickwinkel gemäß der Auswahl des Anwenders zu verwenden, wird bevorzugt ein zweiter Soll-Knickwinkel zur Vermeidung der Kollision automatisch festgelegt. Insbesondere wird der zweite Soll-Knickwinkel an Stelle des ersten (vom Anwender festgelegten) Soll-Knickwinkels für das beabsichtigte Manöver verwendet. Unerheblich ist hierbei, ob das Auswählen und/oder die Eingabe des vom Anwender beabsichtigten ersten Soll-Knickwinkels zunächst zugelassen wird (z. B. in Form eines Zahlenwertes), und dieser erste anschließend auf den zweiten Soll-Knickwinkel festgelegt wird, oder ob das Auswählen und/oder die Eingabe des vom Anwender beabsichtigten ersten Soll-Knickwinkels generell nicht zugelassen wird (z. B. bei Auswahl durch Erhöhen eines Momentanwertes für den Knickwinkel), wobei ein Erhöhen eines Momentanwertes ab Erreichen des zweiten Soll-Knickwinkelwertes unterbunden wird. Auf diese Weise wird die problematische Eingabe des Anwenders automatisch mit einem bestmöglichen Ersatzwert korrigiert.
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Bevorzugt wird anschließend ein Lenkeinschlag für eine lenkbare Achse der Zugmaschine zur Realisierung des zweiten Soll-Knickwinkels automatisch festgelegt. Ein solcher Schritt kann beispielsweise durch einen Fahrroboter oder ein zumindest für eine anteilig automatisierte Fortbewegung eingerichtetes System unternommen werden. Insbesondere für Landfahrzeuge ist es überdies ersichtlich, dass die Definition eines Lenkeinschlages für ein gegebenes Gespann und eine gegebene Fortbewegungsrichtung stets auch die Realisierung eines bestimmten Knickwinkels zwischen Zugmaschine und Anhänger an einem bestimmten Punkt der gemeinsamen Trajektorie bedingt und daher die Vorgaben bezüglich Lenkwinkel und Knickwinkel im Rahmen der vorliegenden Erfindung unter bestimmten Voraussetzungen gegeneinander ausgetauscht werden können.
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Ein mögliches Szenario zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass sich das erkannte Umgebungsobjekt während des Auswählens des ersten Soll-Knickwinkels seitlich neben der Zugmaschine befindet. Dieses Szenario unterscheidet sich von bereits vielzahlig beschriebenen Systemen, welche lediglich eine hinter dem Anhänger angeordnete Struktur bei der Planung der Trajektorie des Gespanns berücksichtigen. Mit anderen Worten wird das automatische Festlegen des zweiten Soll-Knickwinkels vorgenommen, während sich das Umgebungsobjekt längsseits der Zugmaschine befindet. Auf diese Weise wird verhindert, dass die Zugmaschine aufgrund eines zur Herstellung des ersten Soll-Knickwinkels erforderlichen Lenkeinschlages beispielsweise mit ihrer Front das Umgebungsobjekt touchiert.
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Das kollisionsrelevante Umgebungsobjekt kann mittels Umgebungssensorik erfasst werden. Alternativ oder zusätzlich können in einem Datenspeicher abgelegte Daten dahingehend ausgelesen und interpretiert werden, ob zu einem früheren Zeitpunkt ermittelte Umgebungsobjekte eine automatische Veränderung des ersten Soll-Knickwinkels erforderlich erscheinen lassen. Einerseits können somit aktuelle Umgebungsszenarien überprüft, andererseits gegebenenfalls fehlerhafte Sensorsignale durch die Auswertung bereits ermittelter Informationen ”geheilt” werden.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein System zur Festlegung eines Soll-Knickwinkels zwischen einem Anhänger und einer Zugmaschine vorgeschlagen. Das System umfasst eine Anwenderschnittstelle, welche in modernen Fahrzeugen eine zentral im Armaturenbrett angeordnete Anzeigeeinheit umfassen kann. Zusätzlich sind Anwenderschnittstellen mit einer Vielzahl möglicher Eingabekanäle (Sprachsteuerung, Gestenbedienung, berührungsempfindliche Oberflächen, Tasten, Dreh-Drück-Steller etc.) ausgestattet, welche zur Eingabe eines Soll-Knickwinkels durch einen Anwender verwendet werden können. Zusätzlich umfasst das erfindungsgemäße System eine Auswerteeinheit, welche beispielsweise einen programmierbaren Prozessor in einem elektronischen Steuergerät umfassen kann. Zusätzlich ist eine Umgebungssensorik vorgesehen, welche zumindest in einem kollisionsrelevanten Abstandsbereich um die Zugmaschine kollisionsrelevante Umgebungsobjekte erfassen und signalisieren kann. Die Anwenderschnittstelle ist eingerichtet, einen von einem Anwender ausgewählten ersten Soll-Knickwinkel entgegenzunehmen. Mit anderen Worten wählt der Anwender zunächst einen ersten Soll-Knickwinkel aus und bedient die Anwenderschnittstelle in dem Bestreben, den ausgewählten Soll-Knickwinkel zur Vorgabe für die bevorstehende Fortbewegung des Gespanns zu machen. Die Auswerteeinheit ist ihrerseits eingerichtet, eine der Zugmaschine drohende Kollision mit dem Umgebungsobjekt bei Verwendung des vom Anwender ausgewählten ersten Soll-Knickwinkels zu erkennen und, anstatt diesen ersten Soll-Knickwinkel zur Vorgabe zu machen, eine Verwendung (z. B. unter Ausgabe einer entsprechenden Anzeige/Audioausgabe) desselben zu verhindern und beispielsweise einen zweiten Soll-Knickwinkel zur Vermeidung der Kollision selbständig festzulegen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es hierbei unerheblich, ob es dem Anwender zunächst ermöglicht wird, den ersten Soll-Knickwinkel (beispielsweise in ein Textfeld) einzugeben und erst anschließend ein Hinweis bzw. eine Korrektur des eingegebenen Wertes erfolgt, oder ob eine Eingabe größerer Werte (z. B. durch Betätigen eines Drehreglers o. Ä.) bereits a priori verhindert wird. Mit anderen Worten muss das Auswählen des ersten Soll-Knickwinkels nicht mit der (technischen) Mitteilung des ersten Soll-Knickwinkels an die Anwenderschnittstelle bzw. an hinter der Anwenderschnittstelle liegende Instanzen zusammenfallen, obwohl dies ein im Rahmen der Erfindung mögliches Szenario darstellt. Die Merkmale, Merkmalskombinationen sowie die sich aus diesen ergebenden Vorteile entsprechen den in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren oben ausgeführten derart ersichtlich, dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die entsprechenden Ausführungen verwiesen wird.
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Häufig wird in der Praxis der Kollisionsfall dadurch abgewendet werden können, dass der zweite Soll-Knickwinkel kleiner gewählt wird, als der erste Soll-Knickwinkel. Mit anderen Worten gerät der Anhänger bei Realisierung des zweiten Soll-Knickwinkels weniger aus der Flucht hinter der Zugmaschine. Dies liegt insbesondere daran, dass zur Herstellung größerer Knickwinkel pro Zeiteinheit üblicherweise größere Lenkeinschläge erforderlich sind, welche zu (teilweisen) Seitwärtsbewegungen der Zugmaschine führen und übersehene Umgebungsobjekte somit schneller und schwerer touchiert werden.
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Die erfindungsgemäß verwendete Umgebungssensorik kann insbesondere eingerichtet sein, ein kollisionsrelevantes Umgebungsobjekt längsseits der Zugmaschine zu ermitteln. Mit anderen Worten reicht der Detektionsbereich der verwendeten Umgebungssensorik in den längsseits der Zugmaschine befindlichen Umgebungsbereich hinein. Insbesondere kann die Umgebungssensorik hierzu längsseits an der Zugmaschine angeordnet sein. Solche Sensoren werden beispielsweise in Form von Ultraschallsensoren für die Tote-Winkel-Erkennung bereits erfolgreich in Serie verwendet. Alternativ oder zusätzlich können optische Sensoren den längsseitigen Umgebungsbereich der Zugmaschine erfassen, wenn sie beispielsweise für sogenannte ”Bird-view”-Darstellungen der Fahrzeugsituation verwendet werden.
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Zusätzlich kann ein Datenspeicher zum Auslesen von Informationen in dem erfindungsgemäßen System vorgesehen sein bzw. durch das erfindungsgemäße System zugegriffen werden. Die Informationen dienen der Erkennung einer der Zugmaschine drohenden Kollision mit Umgebungsobjekten. Beispielsweise können in einem vorhergegangenen Betriebszyklus erfasste Daten ausgewertet und beispielsweise zur Verifikation aktuell ermittelter Sensordaten verwendet werden.
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Bevorzugt kann die Auswerteeinheit eingerichtet sein, Daten eines Ultraschallsensors und eines optischen Sensors zur Kollisionserkennung zu fusionieren. Mit anderen Worten werden sowohl Daten eines Ultraschallsensors als auch eines optischen Sensors durch die Auswerteeinheit entgegengenommen und gemeinsam für die Erkennung der drohenden Kollision verwendet. Dies verbessert die Verlässlichkeit der ermittelten Daten und erhöht somit die Fahrsicherheit während der Rangiervorgänge erfindungsgemäß ausgestalteter Gespanne.
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Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Zugmaschine vorgeschlagen, welche beispielsweise als Straßenfahrzeug (z. B. ein PKW) ausgeführt sein kann. Um das Rangieren der Zugmaschine in einem Gespann sicherer zu gestalten, ist ein erfindungsgemäßes System, wie es in Verbindung mit dem zweitgenannten Erfindungsaspekt oben im Detail beschrieben worden ist, in der Zugmaschine vorgesehen und verbaut. Auch bezüglich der Zugmaschine ergeben sich die Merkmale, Merkmalskombinationen und die sich aus diesen ergebenden Vorteile entsprechend, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die obigen Ausführungen verwiesen wird.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen im Detail beschrieben. In den Zeichnungen ist
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1 eine Draufsicht auf eine schematische Darstellung einer Fahrsituation eines erfindungsgemäß ausgestatteten Gespanns;
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2 eine schematische Darstellung von Komponenten eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Systems; und
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3 ein Flussdiagramm veranschaulichend Schritte eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt eine Draufsicht auf ein aus einer Zugmaschine 1 und einem Anhänger 2 bestehenden Gespanns. In durchgezogenen Linien ist das Gespann in seiner Ausgangsposition dargestellt, in welchen die Längsachsen S1, S2 der Zugmaschine 1 und des Anhängers 2 in identischer Richtung liegen. Längsseits weist die Zugmaschine 1 vier Ultraschallsensoren 4 auf, welche den längsseitigen Umgebungsbereich der Zugmaschine 1 erfassen. Eine Mauer 3 als Umgebungsobjekt befindet sich auf der rechten Seite der Zugmaschine 1 und wird durch die rechtsseitig angeordneten Umgebungssensoren 4 erfasst. In dieser Situation entscheidet sich der Fahrer der Zugmaschine 1 dazu, den Anhänger 2 rückwärts zu rangieren, wozu er den ersten Soll-Knickwinkel φ1 für geeignet hält. Gepunktet dargestellt ist das Gespann nach einer theoretischen Herstellung des ersten Soll-Knickwinkels φ1. Erkennbar ragt die Front der Zugmaschine 1' in die Mauer 3 hinein. Zusätzlich hat der Lenkeinschlag der vorderen Räder 11 dazu geführt, dass das rechte vordere Rad 11 der Zugmaschine 1' die Mauer 3 touchiert. Der Anhänger 2' selbst stellt bezüglich einer Kollision mit der Mauer 3 kein Problem dar. Zur Vermeidung der Kollision der Zugmaschine 1' mit der Mauer 3 wird erfindungsgemäß automatisch ein kleinerer zweiter Soll-Knickwinkel (nicht dargestellt) zur Vermeidung der Kollision hergestellt.
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2 zeigt eine schematische Darstellung der Komponenten eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Systems 10. Ein Ultraschallsensor 4 und eine Kamera 8 sind als Umgebungssensorik vorgesehen und informationstechnisch mit einem elektronischen Steuergerät 5 als Auswerteeinheit verbunden. Das elektronische Steuergerät 5 ist an einen Datenspeicher 6 angeschlossen, welcher Informationen zu kollisionsrelevanten Umgebungsobjekten bereithält. Das elektronische Steuergerät 5 ist weiter mit einer Anwenderschnittstelle 7 verbunden, welche ein Display 7a und eine Tastatur 7b umfasst. Über die Tastatur 7b kann der Anwender erste Soll-Knickwinkel eingeben, die erfindungsgemäß durch das elektronische Steuergerät 5 korrigiert und als zweite Soll-Knickwinkel auf dem Display 7a dargestellt werden. Der korrigierte Soll-Knickwinkel wird über eine Steuerleitung 12 an eine (nicht dargestellte) Servolenkung zur Einstellung eines korrespondierenden Lenkeinschlags gesendet.
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3 zeigt Verfahrensschritte eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens. In Schritt 100 wird ein kollisionsrelevantes Umgebungsobjekt in der Umgebung des Gespanns ermittelt. Dies kann beispielsweise durch Auswertung entsprechender Umgebungssensorik und/oder durch Auslesen eines Speichers erfolgen. Anschließend wird in Schritt 200 durch einen Anwender ein erster Soll-Knickwinkel zwischen dem Anhänger und der Zugmaschine ausgewählt. Diese Auswahl versucht der Anwender in Schritt 300 über eine Anwenderschnittstelle dem erfindungsgemäßen System mitzuteilen. Im Ansprechen darauf wird in Schritt 400 erkannt, dass bei Verwendung des eingegebenen ersten Soll-Knickwinkels der Zugmaschine eine Kollision mit dem ermittelten Umgebungsobjekt droht. Daher wird in Schritt 500 anschließend ein zweiter Soll-Knickwinkel zur Vermeidung der Kollision automatisch festgelegt. Dieser erfordert nur einen geringeren Lenkeinschlag der Zugmaschine, so dass auch das seitliche Ausscheren der Zugmaschine geringer ausfällt und eine Kollision vermieden wird.
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Auch wenn die erfindungsgemäßen Aspekte und vorteilhaften Ausführungsformen anhand der in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungsfiguren erläuterten Ausführungsbeispiele im Detail beschrieben worden sind, sind für den Fachmann Modifikationen und Kombinationen von Merkmalen der dargestellten Ausführungsbeispiele möglich, ohne den Bereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen, deren Schutzbereich durch die beigefügten Ansprüche definiert wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 1'
- PKW
- 2, 2'
- Anhänger
- 3
- Mauer
- 4
- Ultraschallsensor
- 5
- Elektronisches Steuergerät
- 6
- Datenspeicher
- 7
- Anwenderschnittstelle
- 7a
- Display
- 7b
- Tastatur
- 8
- Kamera
- 10
- System
- 11
- Räder (Vorderachse)
- 12
- Datenleitung (zum Lenksystem)
- 100 bis 400
- Verfahren
- S1
- Längsachse des PKW
- S2
- Längsachse des Anhängers
- φ1
- Erster Soll-Knickwinkel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009039111 A1 [0003]
- DE 102012004440 A1 [0004]
- DE 10154612 A1 [0005]
