DE102014214141A1

DE102014214141A1 - Verfahren sowie Steuergerät zum Bestimmen eines Winkels zwischen Längsachsen eines Gespanns aus Fahrzeugsegmenten

Info

Publication number: DE102014214141A1
Application number: DE102014214141.9A
Authority: DE
Inventors: Alexander Banerjee
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2014-07-21
Filing date: 2014-07-21
Publication date: 2016-01-21
Anticipated expiration: 2034-07-22
Also published as: CN105291733B; US10077980B2; DE102014214141B4; CN105291733A; US20160018220A1

Abstract

Verfahren zum Bestimmen eines Winkels zwischen Längsachsen (9, 10) eines Gespanns aus mehreren Fahrzeugsegmenten, nämlich eines Winkels zwischen einer Längsachse (10) eines ersten, vorderen Fahrzeugsegments und einer Längsachse (9) eines zweiten, hinteren Fahrzeugsegments, wobei für mindestens eine Radachse oder Radachsengruppe (6) des ersten, vorderen Fahrzeugsegments eine Fahrgeschwindigkeit und/oder eine Winkelgeschwindigkeit der jeweiligen Radachse oder Radachsengruppe (6) ermittelt wird, wobei für mindestens eine Radachse oder Radachsengruppe (5) des zweiten, hinteren Fahrzeugsegments eine Fahrgeschwindigkeit und/oder eine Winkelgeschwindigkeit der jeweiligen Radachse oder Radachsengruppe (5) ermittelt wird; und wobei aus den ermittelten Fahrgeschwindigkeiten und/oder Winkelgeschwindigkeiten der Radachsen oder Radachsengruppen (5, 6) des ersten, vorderen Fahrzeugsegments und des zweiten, hinteren Fahrzeugsegments der Winkel zwischen den Längsachsen (9, 10) des ersten, vorderen Fahrzeugsegments und des zweiten, hinteren Fahrzeugsegments berechnet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen eines Winkels zwischen Längsachsen eines Gespanns aus Fahrzeugsegmenten nach dem Oberbergriff des Patentanspruchs 1 und ein Steuergerät zur Durchführung des Verfahrens.
Zum Betrieb von Gespannen aus mehreren Fahrzeugsegmenten, deren Fahrzeugsegmente nicht starr gekoppelt, sondern vielmehr über eine Kupplung gelenkig miteinander verbunden sind, ist die Kenntnis des Winkels, den Längsachsen der Fahrzeugsegmente des Zuggespanns einschließen, für unterschiedliche Betriebssituationen von Bedeutung, so zum Beispiel beim Rangieren, Einparken, Anfahren und Bremsen. Eine einfache und genaue Bestimmung eines solchen Winkels zwischen den Längsachsen von Fahrzeugsegmenten eines Gespanns aus mehreren gelenkig gekoppelten Fahrzeugsegmenten bereitet bislang Schwierigkeiten.
Aus der DE 10 2013 013 584 A1 ist es bekannt, einen Winkel zwischen einem Anhänger und einer Zugmaschine eines Gespanns messtechnisch berührungslos zu erfassen. Hierzu sind Sensoren am Anhänger verbaut, wobei diese Sensoren als Nahfeld-Radarsensoren oder Ultraschallsensoren oder Lichtsensoren oder Lidar-Sensoren ausgebildet sind.
Ein weiteres Verfahren, mit Hilfe dessen ein Winkel zwischen Längsachsen von gelenkig gekoppelten Fahrzeugsegmenten eines Gespanns bestimmt werden kann, ist aus der DE 10 2008 057 027 A1 bekannt. Hiernach kommt ebenfalls eine spezielle Sensorik zum Einsatz, mittels derer die Relativposition zwischen den Fahrzeugsegmenten des Gespanns bestimmbar ist. Dabei umfasst die Sensorik zwei Entfernungsmesser.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein neuartiges Verfahren zum Bestimmen eines Winkels zwischen Längsachsen eines Gespanns aus Fahrzeugsegmenten und ein Steuergerät zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
Erfindungsgemäß wird für mindestens eine Radachse oder Radachsengruppe des ersten, vorderen Fahrzeugsegments eine Fahrgeschwindigkeit und/oder eine Winkelgeschwindigkeit der jeweiligen Radachse oder Radachsengruppe ermittelt, wobei für mindestens eine Radachse oder Radachsengruppe des zweiten, hinteren Fahrzeugsegments eine Fahrgeschwindigkeit und/oder eine Winkelgeschwindigkeit der jeweiligen Radachse oder Radachsengruppe ermittelt wird, und wobei aus den ermittelten Fahrgeschwindigkeiten und/oder Winkelgeschwindigkeiten der Radachsen oder Radachsengruppen des ersten, vorderen Fahrzeugsegments und des zweiten, hinteren Fahrzeugsegments der Winkel zwischen den Längsachsen des ersten, vorderen Fahrzeugsegments und des zweiten, hinteren Fahrzeugsegments berechnet wird.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, auf Grundlage von Fahrgeschwindigkeiten und/oder Winkelgeschwindigkeiten der Radachsen oder Radachsengruppen der Fahrzeugsegmente des Gespanns den Winkel zwischen den Längsachsen der Fahrzeugsegmente zu berechnen. Das erfindungsgemäße Verfahren benötigt keine spezielle Sensorik zur Bestimmung des Winkels zwischen den Längsachsen der Fahrzeugsegmente. Vielmehr können die Fahrgeschwindigkeiten und/oder Winkelgeschwindigkeiten der Radachsen oder Radachsengruppen der Fahrzeugsegmente aus Daten ermittelt werden, die ohnehin steuerungsseitig vorliegen, insbesondere aus Raddrehzahlen der Räder der jeweiligen Radachse oder Radachsengruppe sowie ggf. aus einer Fahrgeschwindigkeit und einem Lenkwinkel einer gelenkten Achse des Gespanns.
Nach einer ersten vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird der Winkel α zwischen den Längsachsen des ersten, vorderen Fahrzeugsegments und des zweiten, hinteren Fahrzeugsegments aus den ermittelten Fahrgeschwindigkeiten und Winkelgeschwindigkeiten unter Verwendung folgender Gleichung berechnet:
wobei v_i+1 die Fahrgeschwindigkeit und ω_i+1 die Winkelgeschwindigkeit einer Radachse oder Radachsengruppe des ersten, vorderen Fahrzeugsegments ist, wobei v_i die Fahrgeschwindigkeit und ω_i die Winkelgeschwindigkeit einer Radachse oder Radachsengruppe des zweiten, hinteren Fahrzeugsegments ist, wobei L_i+1,K1 eine geometrische Abmessung des ersten, vorderen Fahrzeugsegments ist, wobei L_i,K2 eine geometrische Abmessung des zweiten, hinteren Fahrzeugsegments ist, und wobei i eine Laufvariable ist.
Durch Verwendung der obigen, allgemein gültigen Gleichung kann unter Verwendung der Fahrgeschwindigkeiten und Winkelgeschwindigkeiten von Achsen oder Radachsengruppen von zwei benachbarten, gekoppelten Fahrzeugsegmenten eines Gespanns der Winkel zwischen den Längsachsen dieser Fahrzeugsegmente einfach und zuverlässig rechnerisch bestimmt werden.
Nach einer zweiten, alternativen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird der Winkel α zwischen den Längsachsen des ersten, vorderen Fahrzeugsegments und des zweiten, hinteren Fahrzeugsegments aus den ermittelten Winkelgeschwindigkeiten unter Verwendung folgender Gleichung berechnet: α = ∫(ω_i+1 – ω_i)dt + α₀ wobei ω_i+1 die Winkelgeschwindigkeit einer Radachse oder Radachsengruppe des ersten, vorderen Fahrzeugsegments ist, wobei ω_i die Winkelgeschwindigkeit einer Radachse oder Radachsengruppe des zweiten, hinteren Fahrzeugsegments ist, und wobei α₀ ein Initialisierungswert ist.
Auch mit dieser Weiterbildung der Erfindung kann der Winkel zwischen den Längsachsen zweier benachbarter, gekoppelter Fahrzeugsegmente eines Gespanns rechnerisch ermittelt werden, wobei diese Weiterbildung der Erfindung ausschließlich die Winkelgeschwindigkeiten der Radachsen bzw. Radachsengruppen der Fahrzeugsegmente des Gespanns nutzt, jedoch nicht die Fahrgeschwindigkeiten derselben. Es ist jedoch ein Initialisierungswert erforderlich, der zur exakten Bestimmung des Winkels zwischen den Längsachsen der Fahrzeugsegmente des Gespanns möglichst genau bekannt sein muss und/oder von Zeit zu Zeit bei Vorliegen definierter Betriebsbedingungen des Gespanns initialisiert wird.
Das erfindungsgemäße Steuergerät ist in Anspruch 10 definiert.
Bevorzugte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
1 eine Schema eines ersten Gespanns aus mehreren Fahrzeugsegmenten;
2 ein Einspurmodell für das Gespanns der 1;
3 eine Schema eines zweiten Gespanns aus mehreren Fahrzeugsegmenten;
4 ein Einspurmodell für das Gespanns der 3;
5 eine Schema eines dritten Gespanns aus mehreren Fahrzeugsegmenten; und
6 ein Einspurmodell für das Gespanns der 5;
7 ein verallgemeinertes Einspurmodell für Gespanne aus mehreren Fahrzeugsegmenten.
Die hier vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie ein Steuergerät zur Bestimmung eines Winkels zwischen Längsachsen eines Gespanns aus mehreren Fahrzeugsegmenten.
Im Nachfolgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben, in welchen die Fahrzeugsegmente mechanisch gelenkig gekoppelt sind. Die Erfindung ist jedoch auch dann einsetzbar, wenn die Fahrzeugsegmente eines Gespanns virtuell gekoppelt sind.
1 zeigt ein erstes exemplarisches Gespann aus gekoppelten Fahrzeugsegmenten 1, 2, nämlich aus einem hinteren Fahrzeugsegment 1 und aus einem vorderen Fahrzeugsegment 2. Das hintere Fahrzeugsegment 1 verfügt im gezeigten Ausführungsbeispiel über zwei nicht-gelenkte und nicht-drehbare Radachsen 3, 4, die eine Radachsengruppe 5 bilden. Das vordere Fahrzeugsegment 2 verfügt über eine hintere Radachse 6 und eine vordere Radachse 7, wobei die hintere Radachse 6 eine nicht-gelenkte und nicht-drehbare Radachse ist, wohingegen die vordere Radachse 7 des vorderen Fahrzeugsegments 2 eine gelenkte und nicht-drehbare Radachse ist. Unter dem Begriff nicht-drehbare Radachse soll eine Radachse verstanden werden, bei welcher die Orientierung der Längsachse der jeweiligen Radachse zur Längsachse des jeweiligen Fahrzeugsegments im Gegensatz zu einer Deichselachse fest ist und demnach um eine vertikale Achse nicht verdreht werden kann.
Die beiden Fahrzeugsegmente 1 und 2 sind an einem Koppelpunkt 8 mechanisch gelenkig gekoppelt, sodass sich im Fahrbetrieb die Orientierung bzw. Relativlage der beiden Fahrzeugsegmente verändern kann.
2 zeigt ein Einspurmodell für das Gespann der 1, wobei in 2 die zweispurige Radachsengruppe 5 und die zweispurigen Radachsen 6, 7 jeweils auf eine Spur reduziert sind, nämlich derart, dass die virtuelle, einspurige Radachsengruppe 5 auf einer Längsmittelachse 9 des hinteren Fahrzeugsegments 1 und die virtuelle, einspurige Radachse 6 des vorderen Fahrzeugsegments 2 auf einer Längsmittelachse 10 desselben liegt. Die Längsmittelachsen 9 und 10 der Fahrzeugsegmente 1 und 2 des Gespanns schließen dabei den Winkel α ein. Ferner zeigt 2 einen Winkel β, welcher dem Lenkwinkel der gelenkten Achse 7 des vorderen Fahrzeugsegments 2 entspricht.
Bei der Größe v₁ handelt es sich um die Fahrgeschwindigkeit der Radachsengruppe 5 des hinteren Fahrzeugsegments 1. Bei der Größe ω₁ handelt es sich um die Winkelgeschwindigkeit dieser Radachsengruppe 5. Bei der Größe v₂ handelt es sich um die Fahrgeschwindigkeit der Radachse 6 des vorderen Fahrzeugsegments 2. Bei der Größe ω₂ handelt es sich um die Winkelgeschwindigkeit dieser Radachse 6. Die Größe v entspricht der Fahrgeschwindigkeit der gelenkten Radachse 7 des vorderen Fahrzeugsegments 2. Ferner zeigt 2 mehrere geometrische Kenngrößen des Gespanns der 1, nämlich mit der Kenngröße L_1,K2 den Abstand der Radachsengruppe 5 des hinteren Fahrzeugsegments 1 vom Kopplungspunkt 8 der beiden Fahrzeugsegmente 1, 2, mit der Kenngröße L_2,K1 den Abstand der Radachse 6 des vorderen Fahrzeugsegments 2 vom Kopplungspunkt 8 und mit der Kenngröße L_2,K2 den Abstand zwischen den beiden Radachsen 6, 7 des vorderen Fahrzeugsegments 2.
Bei dem Gespann der 1 und 2 kann es sich zum Beispiel um einen Sattelzug aus einem Sattelschlepper mit Auflieger handeln. Ferner kann es sich bei dem Gespann der 1 und 2 um einen Gelenkbus oder um einen Personenkraftwagen mit Anhänger handeln.
Ein weiteres Gespann aus zwei mechanisch, gelenkig gekoppelten Fahrzeugsegmenten 1, 2 zeigt 3, wobei 4 ein Einspurmodell für dieses Gespann zeigt. In 3 und 4 verfügt das vordere Fahrzeugsegment 2 wiederum über eine nicht-gelenkte und nicht-drehbare hintere Radachse 6 und eine gelenkte, nicht-drehbare vordere Radachse 7. Das hintere Fahrzeugsegment 1 verfügt über eine hintere, nicht-gelenkte und nicht-drehbare Radachse 3 sowie zusätzlich über eine drehbare Deichselachse 11. Die beiden Fahrzeugsegmente 1, 2 sind über eine sogenannte Zugdeichsel der Deichselachse 11 im Kopplungspunkt 8 miteinander gekoppelt.
4 kann entnommen werden, dass das Einspurmodell für das Zuggespann der 3 zwei Winkel α₁ und α₂ vorsieht, nämlich den Winkel α₁ zwischen der Längsmittelachse 9 des Fahrzeugsegments 1 und der Zugdeichselachse 12 der Zugdeichsel und den α₂ zwischen der Zugdeichselachse 12 und der Längsmittelachse 10 des vorderen Fahrzeugsegments 2. In 4 handelt es sich bei den Größen v₁ und ω₁ um die Fahrgeschwindigkeit und die Winkelgeschwindigkeit der Radachse 3 des hinteren Fahrzeugsegments 1. Bei den Größen v₃ und ω₃ handelt es sich um die Fahrgeschwindigkeit und die Winkelgeschwindigkeit der hinteren Radachse 6 des vorderen Fahrzeugsegments 2. Bei den Größen v₂ und ω₂ handelt es sich um die Fahrgeschwindigkeit und die Winkelgeschwindigkeit der Deichselachse 11. Die geometrische Kenngröße L_1,K2 entspricht in 4 dem Abstand zwischen der hinteren Radachse 3 und der vorderen Deichselachse 11 des hinteren Fahrzeugsegments 1. Die Kenngröße L_2,K2 entspricht dem Abstand zwischen der Deichselachse 11 und dem Kopplungspunkt 8. Die Kenngröße L_3,K1 entspricht dem Abstand zwischen dem Kopplungspunkt 8 und der hinteren Radachse 6 des vorderen Fahrzeugsegments 2.
Bei dem Gespann der 3 und 4 kann es sich zum Beispiel um ein Gespann aus einem Lastkraftwagen und einem Anhänger mit Deichsel oder um ein Gespann aus einem landwirtschaftlichen Zugfahrzeug und einem landwirtschaftlichen Anhänger mit Deichsel handeln.
Ein weiteres Gespann aus zwei in einem Koppelpunkt 8 gekoppelten Fahrzeugsegmenten 1, 2 zeigt 5, wobei in 5 das hintere Fahrzeugsegment 1 zwei nicht-gelenkte und zwei nicht-drehbare Radachsen 3, 4 umfasst, welche eine Radachsengruppe 5 bilden, und wobei auch das vordere Fahrzeugsegment 2 zwei nicht-gelenkte, nicht-drehbare Radachsen 13, 14 aufweist, die eine Radachsengruppe 15 bilden. Bei dem Gespann der 5 kann es sich zum Beispiel um zwei gekoppelte Auflieger handeln, wobei der vordere Auflieger 2 dann noch mit einem nicht-gezeigten Zugfahrzeug gekoppelt sein kann.
6 zeigt das Einspurmodell für das Gespann der 5, wobei die Längsmittelachsen 9, 10 der beiden Fahrzeugsegmente 1, 2 wiederum den Winkel α einschließen. Bei den Größen v₁ und ω₁ handelt es sich um Fahrgeschwindigkeiten und Winkelgeschwindigkeiten der Radachsengruppe 5, bei den Größen ω₂ und v₂ um Winkelgeschwindigkeiten und Fahrgeschwindigkeiten der Radachsengruppe 15. Die geometrische Kenngröße L_1,K2 entspricht dem Abstand der Radachsengruppe 5 des hinteren Fahrzeugsegments 1 zum Kopplungspunkt 8, die geometrische Kenngröße L_2,K1 entspricht dem Abstand des Kopplungspunkts 8 zur Radachsengruppe 15 des vorderen Fahrzeugsegments 2.
7 zeigt ein abstrahiertes, verallgemeinertes Einspurmodell für ein Zuggespann aus mechanisch oder auch virtuell gelenkig gekoppelten Fahrzeugsegmenten, wobei das Modell der 7 beim das Modell der 4 zweifach zum Einsatz kommt, nämlich einerseits zur Bestimmung des Winkels α1 zwischen der Längsmittelsachse 9 des hinteren Fahrzeugsegments 1 und der Deichselachse 12 und andererseits zur Bestimmung des Winkels α₂ zwischen der Deichselachse 12 und der Längsmittelachse 10 des vorderen Fahrzeugsegments 2. Im abstrahierten, verallgemeinerten Einspurmodell der 7 sind Fahrgeschwindigkeiten v und Winkelgeschwindigkeiten ω sowie geometrische Kenngrößen L des hinteren Fahrzeugsegments mit dem Index i und Fahrgeschwindigkeiten, Winkelgeschwindigkeiten und geometrische Kenngrößen des vorderen Fahrzeugsegments mit dem Index i + 1 gekennzeichnet. In dem verallgemeinerten Einspurmodell der 7 wird weiterhin davon ausgegangen, dass sowohl am hinteren Fahrzeugsegment als auch am vorderen Fahrzeugsegment jeweils ein Kopplungspunkt 8 _i bzw. 8 _i+1 vorhanden ist.
Um nun den Winkel zwischen den Längsachsen von gekoppelten Fahrzeugsegmenten eines Gespanns zu bestimmen, nämlich unter Verwendung des abstrakten Einspurmodells der 7, wird für mindestens eine Radachse und/oder Radachsengruppe des jeweiligen vorderen Fahrzeugsegments eine Fahrgeschwindigkeit v_i+1 und eine Winkelgeschwindigkeit ω_i+1 der jeweiligen Radachse oder Radachsengruppe ermittelt. Weiterhin wird für mindestens eine Radachse oder Radachsengruppe des hinteren Fahrzeugsegments eine Fahrgeschwindigkeit v_i und eine Winkelgeschwindigkeit ω_i der jeweiligen Radachse oder Radachsengruppe ermittelt. Aus diesen ermittelten Fahrgeschwindigkeiten v_i und v_i+1 sowie Winkelgeschwindigkeiten ω_i und ω_i+1 der Radachsen oder Radachsengruppe des vorderen und hinteren Fahrzeugsegments wird dann der Winkel α zwischen den Längsachsen der Fahrzeugsegmente berechnet.
Dabei wird der Winkel α zwischen den Längsachsen der Fahrzeugsegmente abhängig von den ermittelten Fahrgeschwindigkeiten v_i und v_i+1 sowie den Winkelgeschwindigkeiten ω_i und ω_i+1 unter Bezugnahme auf das verallgemeinerte Einspurmodell der 7 unter Verwendung folgender Gleichung berechnet:
wobei v_i+1 die Fahrgeschwindigkeit und ω_i+1 die Winkelgeschwindigkeit einer Radachse oder Radachsengruppe des ersten, vorderen Fahrzeugsegments ist, wobei v_i die Fahrgeschwindigkeit und ω_i die Winkelgeschwindigkeit einer Radachse oder Radachsengruppe des zweiten, hinteren Fahrzeugsegments ist, wobei L_i+1,K1 eine geometrische Abmessung des ersten, vorderen Fahrzeugsegments ist, wobei L_i,K2 eine geometrische Abmessung des zweiten, hinteren Fahrzeugsegments ist, wobei i eine Laufvariable ist.
Wendet man das verallgemeinerte Einspurmodell und die obige Gleichung auf den Spezialfall der 1 und 2 an, in welchem ein deichselloses Gespann aus dem vorderen Fahrzeugsegment 2 und dem hinteren Fahrzeugsegment 1 vorliegt, bei welchem das vordere Fahrzeugsegment 2 die vordere, nicht-drehbare und gelenkte Radachse 7 und die hintere, nicht-drehbare und nicht-gelenkte Radachse 8 aufweist, und in welchem das hintere Fahrzeugsegment 1 ausschließlich die nicht-drehbare und nicht-gelenkte Radachsengruppe 5 aufweist, ist in der obigen verallgemeinerten Formel des verallgemeinerten Einspurmodells der 7 der Index i = 1 und der Winkel α zwischen den Längsachsen 9 und 10 der beiden Fahrzeugsegmente 1 und 2 wird nach folgenden Gleichungen berechnet:
wobei v₂ die Fahrgeschwindigkeit und ω₂ die Winkelgeschwindigkeit der hinteren Radachse oder Radachsengruppe des vorderen Fahrzeugsegments ist, wobei v₁ die Fahrgeschwindigkeit und ω₁ die Winkelgeschwindigkeit der Radachse oder Radachsengruppe des hinteren Fahrzeugsegments ist, wobei L_2,K1 der Abstand der hinteren Radachse oder Radachsengruppe des vorderen Fahrzeugsegments und L_1,K2 der Abstand der Radachse oder Radachsengruppe des hinteren Fahrzeugsegments jeweils zu dem Kopplungspunkt 8 der beiden Fahrzeugsegmente ist.
Wendet man die verallgemeinerte Gleichung für das Einspurmodell der 7 auf den Spezialfall der 3 eines über eine Deichselachse 11 des hinteren Fahrzeugsegments 1 gekoppelten Gespanns aus den beiden Fahrzeugsegmenten 1 und 2 an, welchen die Deichselachse 11 die vordere Achse des hinteren Fahrzeugsegments 1 ist, und bei welchem das hintere Fahrzeugsegment 1 die hintere, nicht-gelenkte und nicht-drehbare Radachse 9 und das vordere Fahrzeugsegment 2 die hintere, nicht-gelenkte und nicht-drehbare Radachse 6 aufweist, so beträgt der Index i = 2 und der Winkel α zwischen den Längsachsen 9 und 10 des Gespanns der 3 und 4 kann unter Verwendung folgender Gleichungen berechnet werden:
wobei α₁ der Winkel zwischen der Längsachse des hinteren Fahrzeugsegments und der Deichselachse und α₂ der Winkel zwischen der Deichselachse und der Längsachse des vorderen Fahrzeugsegments ist, wobei v₃ die Fahrgeschwindigkeit und ω₃ die Winkelgeschwindigkeit der hinteren Radachse oder Radachsengruppe des vorderen Fahrzeugsegments ist, wobei v₂ die Fahrgeschwindigkeit und ω₂ die Winkelgeschwindigkeiten der Deichselachse ist, wobei v₁ die Fahrgeschwindigkeit und ω₁ die Winkelgeschwindigkeiten der Radachse oder Radachsengruppe des hinteren Fahrzeugsegments ist, wobei L_1,K2 der Abstand der hinteren Radachse oder Radachsengruppe des hinteren Fahrzeugsegments zur Deichselachse ist, L_2,K2 der Abstand der Deichselachse und L_3,K1 der Abstand der hinteren Radachse oder Radachsengruppe des vorderen Fahrzeugsegments jeweils zum Kopplungspunkt der beiden Fahrzeugsegmente ist.
Auch beim Gespann der 5 und 6 kann auf obige Art und Weise aus Fahrgeschwindigkeiten und Winkelgeschwindigkeiten der Radachsengruppen 5, 15 der Winkel α zwischen den Längsachsen der Fahrzeugsegmente 9 und 10 des Gespanns der 5 und 6 berechnet werden, wobei dann der Laufindex i = 1 ist und folgende Gleichungen zum Einsatz kommen:

in den obigen Gleichungen, die zur Bestimmung des Winkels zwischen gekoppelten Fahrzeugsegmenten eines Gespanns zum Einsatz kommen, fließen jeweils die Fahrgeschwindigkeiten und Winkelgeschwindigkeiten von Radachsen oder Radachsengruppen ein. Dabei wird die Fahrgeschwindigkeit einer Radachse oder Radachsengruppe oder Deichselachse eines Fahrzeugsegments aus den Radgeschwindigkeiten der Räder der jeweiligen Radachse oder Radachsengruppe oder Deichselachse nach folgender Gleichung bestimmt:
wobei v_i die Fahrgeschwindigkeit der Radachse oder Radachsengruppe oder Deichselachse ist, und wobei v_i-RAD,j die Radgeschwindigkeit des j-ten Rads der Radachse oder Radachsengruppe oder Deichselachse ist.
Hierbei wird demnach eine Mittelung über die Radgeschwindigkeiten aller Räder einer Radachse bzw. Radachsengruppe vorgenommen, um die Fahrgeschwindigkeit der jeweiligen Radachse oder Radachsengruppe oder auch Deichselachse zu ermitteln. Die Radgeschwindigkeiten der Räder der jeweiligen Radachse oder Radachsengruppe oder Deichselachse werden dabei vorzugsweise aus messtechnisch erfassten Raddrehzahlen der Räder der jeweiligen Radachse bzw. Radachsengruppe bzw. Deichselachse berechnet.
Die Winkelgeschwindigkeit einer Radachse oder Radachsengruppe oder Deichselachse eines Fahrzeugsegments wird aus den Radgeschwindigkeiten der Räder der jeweiligen Radachse oder Radachsengruppe oder Deichselachse vorzugsweise nach folgender Gleichung bestimmt:
wobei ω_i die Winkelgeschwindigkeit der Radachse oder Radachsengruppe oder Deichselachse ist, wobei v_i-RAD,RECHTS und die v_i-RAD,LINKS Radgeschwindigkeiten eines linken und rechten Rads der Radachse oder Radachsengruppe oder Deichselachse sind, und wobei d der Abstand zwischen dem linken und rechten Rad der Radachse oder Radachsengruppe oder Deichselachse ist.
Im Falle einer Radachsengruppe, die über mehrere linke und rechte Räder verfügt, handelt es sich bei den Radgeschwindigkeiten des linken Rads und des rechten Rads jeweils um über alle linken Räder bzw. über alle rechten Räder der jeweiligen Radachsengruppe gemittelte Radgeschwindigkeiten.
Dann, wenn zum Beispiel für das Gespann der 1 und 2 oder auch für das Gespann der 3 und 4 keine Raddrehzahlen der Räder der hinteren Radachse 6 des vorderen Fahrzeugsegments 2 vorliegen, kann die Fahrgeschwindigkeit und die Winkelgeschwindigkeit dieser hinteren Radachse 6 des vorderen Fahrzeugsegments 2 auch aus dem Lenkwinkel β und der Fahrgeschwindigkeit v der gelenkten vorderen Achse 7 des vorderen Fahrzeugsegments 2 berechnet werden, für das Gespann der 1 und 2 vorzugsweise nach folgender Gleichung:
Falls im Gespann eine entsprechende Sensorik vorhanden ist, können die auf die obige Art und Weise berechneten Fahrgeschwindigkeiten und Winkelgeschwindigkeiten der Radachsen, Radachsengruppen bzw. Deichselachsen ferner verifiziert werden, zum Beispiel über aus Radarmessungen oder GPS-Messungen abgeleitete Geschwindigkeiten, oder über mit Hilfe von Gierratensensoren erfasste Winkelgeschwindigkeiten. Dies ist jedoch rein optional, die Erfindung kann auch ohne zusätzliche Sensorik benutzt werden, um den Winkel zwischen Längsachsen von Fahrzeugsegmenten eines Gespanns zu bestimmen.
Nach einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, den Winkel zwischen den Längsachsen von Fahrzeugsegmenten eines Gespanns ausschließlich auf Grundlage von Winkelgeschwindigkeiten der Radachsen bzw. Radachsengruppen bzw. Deichselachsen zu bestimmen, vorzugsweise unter Verwendung folgender Gleichung: α = ∫(ω_i+1 – ω_i)dt + α₀ wobei ω_i+1 die Winkelgeschwindigkeit einer Radachse oder Radachsengruppe des ersten, vorderen Fahrzeugsegments ist, wobei ω_i die Winkelgeschwindigkeit einer Radachse oder Radachsengruppe des zweiten, hinteren Fahrzeugsegments ist, und wobei α₀ ein Initialisierungswert ist.
Dabei ist zur Vermeidung eines Integrationsfehlers die möglichst genaue Kenntnis des Initialisierungswerts α₀ von Bedeutung. Der Initialisierungswert α₀ entspricht demjenigen Winkel zwischen den Längsachsen der Fahrzeugsegmente, den dieselben zu Beginn der numerischen Integration nach obiger Gleichung einschließen.
Um diesen Initialisierungswert α₀ möglichst genau zu ermitteln, kann vorgesehen sein, den Initialisierungswert α₀ unter bestimmten Betriebsbedingungen von Zeit zu Zeit neu zu bestimmen.
So kann zum Beispiel vorgesehen sein, dass dann, wenn zum Beispiel auf Basis von GPS-Informationen bekannt ist, dass das Gespann auf einer geradlinigen Fahrstrecke betrieben wird, und wenn weiterhin die Zeit, für welche das Fahrzeug auf der geradlinigen Fahrspur fährt, größer als ein Grenzwert ist, der Initialisierungswert α₀ auf Null gesetzt wird. Der Grenzwert für diese Zeitspanne ist abhängig von der Gesamtlänge des Gespanns und der Fahrgeschwindigkeit desselben, und kann zum Beispiel nach folgender Gleichung bestimmt werden: T = k·l / v wobei T der Grenzwert für diese Zeitspanne ist, wobei l die Gesamtlänge des Gespanns ist, wobei v die Geschwindigkeit des Gespanns ist und wobei k eine Konstante ist, wobei k z. B. 3 betragen kann.
Alternativ kann dann, wenn für eine definierte Zeitspanne der Lenkwinkel β = 0 beträgt, davon ausgegangen werden, dass das Gespann auf einer geradlinigen Fahrstrecke betrieben wird, um dann wiederum den Initialisierungswert α₀ auf Null zu setzen.
Die hier vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Steuergerät zur Durchführung des Verfahrens. Das Steuergerät umfasst Mittel zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Bei diesen Mitteln handelt es sich um hardwareseitige und softwareseitige Mittel. Bei den hardwareseitigen Mitteln handelt es sich um Datenschnittstellen, um mit den an der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens Baugruppen Daten auszutauschen. Weiterhin handelt es sich bei den hardwareseitigen Mitteln um einen Prozessor und um einen Speicher, wobei ein Speicher der Speicherung von Daten und ein Prozessor der Verarbeitung von Daten dienen. Bei den softwareseitigen Mitteln handelt es sich um Programmbausteine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeugsegment
2: Fahrzeugsegment
3: Radachse
4: Radachse
5: Radachsengruppe
6: Radachse
7: Radachse
8: Kopplungspunkt
9: Längsachse
10: Längsachse
11: Deichselachse
12: Längsachse
13: Radachse
14: Radachse
15: Radachsengruppe

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013013584 A1 [0003]
DE 102008057027 A1 [0004]

Claims

Verfahren zum Bestimmen eines Winkels zwischen Längsachsen eines Gespanns aus mehreren Fahrzeugsegmenten, nämlich eines Winkels zwischen einer Längsachse eines ersten, vorderen Fahrzeugsegments und einer Längsachse eines zweiten, hinteren Fahrzeugsegments, dadurch gekennzeichnet, dass für mindestens eine Radachse oder Radachsengruppe des ersten, vorderen Fahrzeugsegments eine Fahrgeschwindigkeit und/oder eine Winkelgeschwindigkeit der jeweiligen Radachse oder Radachsengruppe ermittelt wird; für mindestens eine Radachse oder Radachsengruppe des zweiten, hinteren Fahrzeugsegments eine Fahrgeschwindigkeit und/oder eine Winkelgeschwindigkeit der jeweiligen Radachse oder Radachsengruppe ermittelt wird; aus den ermittelten Fahrgeschwindigkeiten und/oder Winkelgeschwindigkeiten der Radachsen oder Radachsengruppen des ersten, vorderen Fahrzeugsegments und des zweiten, hinteren Fahrzeugsegments der Winkel zwischen den Längsachsen des ersten, vorderen Fahrzeugsegments und des zweiten, hinteren Fahrzeugsegments berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel α zwischen den Längsachsen des ersten, vorderen Fahrzeugsegments und des zweiten, hinteren Fahrzeugsegments aus den ermittelten Fahrgeschwindigkeiten und Winkelgeschwindigkeiten unter Verwendung folgender Gleichung berechnet wird:
wobei v_i+1 die Fahrgeschwindigkeit und ω_i+1 die Winkelgeschwindigkeit einer Radachse oder Radachsengruppe des ersten, vorderen Fahrzeugsegments ist, wobei v_i die Fahrgeschwindigkeit und ω_i die Winkelgeschwindigkeit einer Radachse oder Radachsengruppe des zweiten, hinteren Fahrzeugsegments ist, wobei L_i+1,K1 eine geometrische Abmessung des ersten, vorderen Fahrzeugsegments ist, wobei L_i,K2 eine geometrische Abmessung des zweiten, hinteren Fahrzeugsegments ist, wobei i eine Laufvariable ist.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem deichsellosen Gespann aus zwei Fahrzeugsegmenten, nämlich aus einem vorderen Fahrzeugsegment, welches eine vordere, nicht-drehbare und gelenkte Radachse und eine hintere, nicht-drehbare und nicht-gelenkte Radachse oder Radachsengruppe aufweist, und einem hinteren Fahrzeugsegment, welches ausschließlich eine nicht-drehbare und nicht-gelenkte Radachse oder Radachsengruppe aufweist, i = 1 ist und der Winkel α zwischen den Längsachsen des ersten, vorderen Fahrzeugsegments und des zweiten, hinteren Fahrzeugsegments nach folgenden Gleichungen berechnet wird:
wobei v₂ die Fahrgeschwindigkeit und ω₂ die Winkelgeschwindigkeit der hinteren Radachse oder Radachsengruppe des vorderen Fahrzeugsegments ist, wobei v₁ die Fahrgeschwindigkeit und ω₁ die Winkelgeschwindigkeit der Radachse oder Radachsengruppe des hinteren Fahrzeugsegments ist, wobei L_2,K1 der Abstand der hinteren Radachse oder Radachsengruppe des vorderen Fahrzeugsegments und L_1,K2 der Abstand der Radachse oder Radachsengruppe des hinteren Fahrzeugsegments jeweils zu einem Kopplungspunkt der beiden Fahrzeugsegmente ist.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Deichsel-Gespann aus zwei Fahrzeugsegmenten, nämlich aus einem vorderen Fahrzeugsegment, welches eine vordere, nicht-drehbare und gelenkte Radachse und eine hintere, nicht-drehbare und nicht-gelenkte Radachse oder Radachsengruppe aufweist, und einem hinteren Fahrzeugsegment, welches eine hintere, nicht-drehbare und nicht-gelenkte Radachse oder Radachsengruppe und eine vordere, nicht gelenkte und drehbare Deichselachse aufweist, i = 2 ist und der Winkel α zwischen den Längsachsen des ersten, vorderen Fahrzeugsegments und des zweiten, hinteren Fahrzeugsegments nach folgenden Gleichungen berechnet wird:
wobei α₁ der Winkel zwischen der Längsachse des hinteren Fahrzeugsegments und der Deichselachse und α₂ der Winkel zwischen der Deichselachse und der Längsachse des vorderen Fahrzeugsegments ist, wobei v₃ die Fahrgeschwindigkeit und ω₃ die Winkelgeschwindigkeit der hinteren Radachse oder Radachsengruppe des vorderen Fahrzeugsegments ist, wobei v₂ die Fahrgeschwindigkeit und ω₂ die Winkelgeschwindigkeiten der Deichselachse ist, wobei v₁ die Fahrgeschwindigkeit und ω₁ die Winkelgeschwindigkeiten der Radachse oder Radachsengruppe des hinteren Fahrzeugsegments ist, wobei L_1,K2 der Abstand der hinteren Radachse oder Radachsengruppe des hinteren Fahrzeugsegments zur Deichselachse ist, L_2,K2 der Abstand der Deichselachse und L_3,K1 der Abstand der hinteren Radachse oder Radachsengruppe des vorderen Fahrzeugsegments jeweils zum Kopplungspunkt der beiden Fahrzeugsegmente ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel α zwischen den Längsachsen des ersten, vorderen Fahrzeugsegments und des zweiten, hinteren Fahrzeugsegments aus den ermittelten Winkelgeschwindigkeiten unter Verwendung folgender Gleichung berechnet wird: α = ∫(ω_i+1 – ω_i)dt + α₀ wobei ω_i+1 die Winkelgeschwindigkeit einer Radachse oder Radachsengruppe des ersten, vorderen Fahrzeugsegments ist, wobei ω_i die Winkelgeschwindigkeit einer Radachse oder Radachsengruppe des zweiten, hinteren Fahrzeugsegments ist, und wobei α₀ ein Initialisierungswert ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrgeschwindigkeit und/oder die Winkelgeschwindigkeit mindestens einer Radachse oder Radachsengruppe der Fahrzeugsegmente und/oder der Deichselachse jeweils aus den Radgeschwindigkeiten der Räder der jeweiligen Radachse oder Radachsengruppe oder Deichselachse bestimmt werden, wobei die Radgeschwindigkeiten der jeweiligen Räder aus Raddrehzahlen der jeweiligen Räder bestimmt werden.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrgeschwindigkeit einer Radachse oder Radachsengruppe oder Deichselachse eines Fahrzeugsegments aus den Radgeschwindigkeiten der Räder der jeweiligen Radachse oder Radachsengruppe oder Deichselachse nach folgender Gleichung bestimmt wird:
wobei v_i die Fahrgeschwindigkeit der Radachse oder Radachsengruppe oder Deichselachse ist, und wobei v_i-RAD,j die Radgeschwindigkeit des j-ten Rads der Radachse oder Radachsengruppe oder Deichselachse ist.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkelgeschwindigkeit einer Radachse oder Radachsengruppe oder Deichselachse eines Fahrzeugsegments aus den Radgeschwindigkeiten der Räder der jeweiligen Radachse oder Radachsengruppe oder Deichselachse nach folgender Gleichung bestimmt wird:
wobei ω_i die Winkelgeschwindigkeit der Radachse oder Radachsengruppe oder Deichselachse ist, wobei v_i-RAD,RECHTS und die v_i-RAD,LINKS Radgeschwindigkeiten eines linken und rechten Rads der Radachse oder Radachsengruppe oder Deichselachse sind, und wobei d der Abstand zwischen dem linken und rechten Rad der Radachse oder Radachsengruppe oder Deichselachse ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrgeschwindigkeit und die Winkelgeschwindigkeit der hinteren Radachse oder Radachsengruppe des vorderen Fahrzeugsegments abhängig von einem Lenkwinkel und abhängig von einer Fahrgeschwindigkeit der vorderen Radachse des vorderen Fahrzeugsegments bestimmt werden.
Steuergerät, gekennzeichnet durch Mittel zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9.