DE102017216088A1 - Steuersystem zum Lenken eines Zugfahrzeuges mit einem Anhänger - Google Patents

Steuersystem zum Lenken eines Zugfahrzeuges mit einem Anhänger Download PDF

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Abstract

Das erfindungsgemäße Steuersystem zum (manuellen oder zumindest teilautomatisierten) Lenken eines Zugfahrzeuges mit einem Anhänger weist mindestens ein elektronisches Steuergerät auf, das Schnittstellen aufweist zu- einer ersten Sensorvorrichtung zur Erfassung des aktuellen Knickwinkels,- einer zweiten Sensorvorrichtung zur Erfassung des benötigten Fahrraums des Gespanns und- einer dritten Sensorvorrichtung zur Erfassung des vorhandenen Fahrraums, wobei das Steuergerät weiterhin umfasst:- eine Kollisionsprädiktionseinheit zum Vergleich des benötigten Fahrraums mit dem vorhandenen Fahrraum bei Berücksichtigung des aktuellen Knickwinkels und- eine Kollisionsverhinderungseinheit, die durch Zusammenwirken mit der Kollisionsprädiktionseinheit einen zur Kollisionsverhinderung maximal zulässigen Knickwinkel bestimmt und die eine Einstellung eines über den maximal zulässigen Knickwinkel hinausgehenden Knickwinkels als kollisionskritisch anzeigt, verhindert oder nur nach einer vorgegebenen Verzögerungszeit zulässt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein fahrerassistierendes Steuersystem zum manuellen oder zumindest teilautomatisierten Lenken eines Zugfahrzeuges mit einem Anhänger, das ein elektronisches Steuergerät umfasst.
  • Das Rückwärtsfahren mit einem Anhänger, welcher über eine Anhängerkupplung von einem Zugfahrzeug bewegt wird, erfordert einige Übung, da der Anhänger dazu neigt „auszuscheren“. Beispielsweise aus der DE 101 54 612 A1 ist ein Verfahren bekannt, 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 kann im Zugfahrzeug eine aktive sogenannte „by-wire“ Lenkung verbaut sein, 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. Ein elektronisches Steuergerät (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.
  • Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft heraus gestellt, wenn die Ansteuerung des Radwinkelstellers des Zugfahrzeuges über eine zumindest teilautomatisierte 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.
  • Es ist aber nicht nur möglich, dass eine zumindest teilautomatische 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 aktives (beispielsweise „by-wire“) Lenksystem besitzen, das zusätzliche, vom Fahrzeugführer unabhängige manuelle 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.
  • In der DE 10 2012 207 647 A1 soll aufgezeigt werden, wie die Genauigkeit eines Fahrerassistenzsystems zum Rückwärtsfahren eines Gespanns, insbesondere bestehend aus einem zweispurigen Kraftfahrzeugs mit einem Anhänger, vergrößert werden kann. Dazu werden gemäß dieser Schrift beim Erstellen der besagten Handlungsempfehlung oder bei der vom Fahrerassistenzsystem veranlassten Quer- und/oder Längsführung des Kraftfahrzeugs auch zusätzlich zum Knickwinkel weitere Angaben berücksichtigt, wie die Achsgeometrie des Anhängers, nämlich dessen Achsen-Zahl, Deichsel-Länge, Spurweite, Gesamtlänge und/oder Gesamtbreite. Die Gesamtlänge des Gespanns ist dem Assistenzsystem mit dieser weiteren Angabe bekannt, da die Gesamtlänge des Zug-Kraftfahrzeugs inklusive der Anhängerkupplung einfach in einem Speicher hinterlegbar ist.
  • Bei dem aus der DE 10 2017 209 980 beschriebenen Steuersystem zum Lenken eines Gespanns (= Zugfahrzeug mit Anhänger) mit mindestens einer elektronischen Steuereinheit, mit einer Sensorvorrichtung zur Erfassung des Knickwinkels des Gespanns (= Winkel zwischen Längsachse des Zugfahrzeug und Längsachse des Anhängers) und mit einer Anzeigeeinheit umfasst die Steuereinheit
    • - einen Speicherbereich zum Speichern eines maximalen reversiblen Knickwinkels und/oder
    • - einen Speicherbereich zum Speichern eines oberen Knickwinkeländerungs-Schwellwertes und/oder
    • - einen Speicherbereich zum Speichern eines linken Knickwinkelbereichs und eines rechten Knickwinkelbereichs bezogen auf die einem geraden Gespann entsprechende Nulllinie
    • - sowie eine Funktionseinheit, die zur Ausgabe einer Handlungsempfehlung zum Vorwärtsfahren auf der Anzeigeeinheit und/oder die zur Durchführung einer autonom ausgeführten Vorwärtsfahrt ausgestaltet ist,
    • - wenn das Vorliegen mindestens einer definierten Situation bezogen auf die im Speicherbereich gespeicherten Knickwinkel-bezogenen Werte durch Auswertung der Sensorvorrichtung erkannt wird.
  • Aus der DE 101 28 792 A1 ist ein Kollisionsschutz für Gespanne bekannt, bei dem zur Vermeidung von Kollisionen eines Fahrzeugs mit Hindernissen Abstandswerte zwischen Fahrzeug und Hindernissen der Umgebung erfasst werden und aus diesen Abstandswerten der vorhandene Fahrraum berechnet wird. Weiterhin werden zusätzlich Werte der aktuellen Bewegung (Geschwindigkeit, Fahrtrichtung, Verzögerung, usw.) des Fahrzeugs erfasst. Aus diesen Werten wird in Verbindung mit Werten der Fahrzeugabmessungen der zur Fahrtfortführung benötigte Fahrraum berechnet. Anschließend wird ein Vergleich zwischen vorhandenem und benötigtem Fahrraum durchgeführt. Bei Ausdehnung des benötigten Fahrraums über den vorhandenen Fahrraum hinaus werden Maßnahmen zur Kollisionsvermeidung eingeleitet, wobei die Werte der Fahrzeugabmessungen aus einem Speicher ausgelesen werden, welcher so ausgelegt ist, dass darin mehrere unterschiedliche Fahrzeugkonturen abgelegt sind.
  • Von diesem vorgenannten Stand der Technik geht die vorliegende Erfindung aus und stellt sich die Aufgabe, ein Fahrerassistenzsystem für ein Gespann hinsichtlich eines Kollisionsschutzes weiter zu verbessern.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
  • Das erfindungsgemäße Steuersystem zum (manuellen oder zumindest teilautomatisierten) Lenken eines Zugfahrzeuges mit einem Anhänger, sowohl bei Rückwärtsfahrt als auch bei Vorwärtsfahrt und sowohl Remotegesteuert als auch aus dem Zugfahrzeug heraus gesteuert, weist mindestens ein elektronisches Steuergerät auf, das Schnittstellen aufweist zu
    • - einer ersten Sensorvorrichtung zur Erfassung des aktuellen Knickwinkels,
    • - einer zweiten Sensorvorrichtung zur Erfassung des benötigten Fahrraums des Gespanns und
    • - einer dritten Sensorvorrichtung zur Erfassung des vorhandenen Fahrraums. Weiterhin umfasst das Steuergerät
    • - eine Kollisionsprädiktionseinheit zum Vergleich des benötigten Fahrraums mit dem vorhandenen Fahrraum bei Berücksichtigung des aktuellen Knickwinkels und
    • - eine Kollisionsverhinderungseinheit, die durch Zusammenwirken mit der Kollisionsprädiktionseinheit einen zur Kollisionsverhinderung maximal zulässigen Knickwinkel bestimmt und die eine Einstellung eines über den maximal zulässigen Knickwinkel hinausgehenden Knickwinkels als kollisionskritisch anzeigt, verhindert oder nur nach einer vorgegebenen Verzögerungszeit zulässt.
  • Der Erfindung liegen folgende Erkenntnisse ausgehend vom oben genannten Stand der Technik zugrunde:
  • Bei einer Anhängerassistenzsystem-Funktion wird grundsätzlich vom Fahrer über eine Bedienhandlung der Soll-Knickwinkel des zu rangierenden Anhängers vorgegeben. Das System vergleicht den Soll- mit dem Ist-Knickwinkel und regelt diesen zumindest teilautomatisiert über die Fahrzeugbewegung nach oder unterstützt den Fahrer beim manuellen Lenken.
  • Die Steuerung des Gespanns erfolgt mit der manuellen Vorgabe des Knickwinkels durch den Fahrer. Der Fahrer muss die Bahn des Gespanns somit selbst vorgeben und muss entsprechend auf drohende Kollisionen von Anhänger oder Zugfahrzeug achten.
  • Der Fahrer hat also die zusätzliche Aufgabe in dem komplexen Anhänger-Rangiermanöver auf drohende Kollisionen am Zugfahrzeug und/oder am Anhänger zu achten und muss abschätzen, wann ein gewünschter Knickwinkel eingeregelt werden kann. Nutzt der Fahrer den Anhängerassistent im Remotebetrieb und steht hinter dem Gespann, so kann der Blick durch den Anhängeraufbau auf das Zugfahrzeug verdeckt sein. Somit ist keine Prüfung durch den Fahrer auf drohende Kollision möglich.
  • Erfindungsgemäß wird die Umgebung des Zugfahrzeugs und des Anhängers durch die gegebenenfalls ohnehin vorhandene Sensorik (Ultraschall, Kamera, Radar, Lidar,...) erfasst. Anhand dieser Daten lassen sich entsprechende Maßnahmen ableiten. Insbesondere wird der vom Fahrer vorgegebene Knickwinkelwunsch nicht, eingeschränkt oder erst verzögert zugelassen, wenn dieser zu einer Kollision führen würde. Der zur Kollisionsverhinderung maximal mögliche Knickwinkel wird dann durch den vorhandenen Rangierraum (Fahrraum) des Zugfahrzeugs mit Anhänger festgelegt.
  • Der Fahrer kann sich somit mehr auf die Führung des Anhängers konzentrieren.
  • In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Sie zeigt die wesentlichen erforderlichen Komponenten des erfindungsgemäßen Steuersystems.
  • In der einzigen Figur ist ein Gespann bestehend aus einem Zugfahrzeug 1 und einem Anhänger 2 dargestellt, wobei das Zugfahrzeug 1 ein elektronisches Steuergerät 4 und vorzugsweise eine Anzeige-Bedien-Einheit 6 dargestellt.
  • Das Steuergerät 4 enthält Schnittstellen zu
    • - einer ersten Sensorvorrichtung 5 zur Erfassung des aktuellen Knickwinkels αist des Gespanns 1 und 2,
    • - einer zweiten Sensorvorrichtung M und 5 zur Erfassung des benötigten Fahrraums des Gespanns 1 und 2 und
    • - einer dritten Sensorvorrichtung K, R, U und 5 zur Erfassung des vorhandenen Fahrraums.
  • Die erste Sensorvorrichtung 5 kann eine Kamera sein, die am Heck des Zugfahrzeuges 1 angebracht ist.
  • Die zweite Sensorvorrichtung kann aus einem Speicher M und einer Kamera 5 bestehen und kann damit Angaben wie Anhänger- und Zugfahrzeug-Geometrie sowie die Deichsellänge a erfassen.
  • Die dritte Sensorvorrichtung kann aus diversen Umfelderfassungssensoren bestehen, wie Kameras K und 5, Ultraschallsensoren U und/oder Radarsensoren R. Derartige Umfelderfassungssensoren können auch am Anhänger 2 angebracht sein.
  • Weiterhin umfasst das Steuergerät 4
    • - eine Kollisionsprädiktionseinheit P zum Vergleich des benötigten Fahrraums mit dem vorhandenen Fahrraum bei Berücksichtigung des aktuellen Knickwinkels αist und
    • - eine Kollisionsverhinderungseinheit V, die durch Zusammenwirken mit der Kollisionsprädiktionseinheit P einen zur Kollisionsverhinderung maximal zulässigen Knickwinkel αmax bestimmt und die eine Einstellung eines über den maximal zulässigen Knickwinkel αmax hinausgehenden Knickwinkels als kollisionskritisch anzeigt (z.B. über die Anzeige-Bedieneinheit 6), verhindert (z.B. mittels einer automatischen Festbremsfunktion) oder nur nach einer vorgegebenen Verzögerungszeit zulässt.
  • Durch entsprechende Programmierung des Steuergeräts 4 kann dieses zumindest eine der folgenden Funktionen ausführen:
    • - Bei Überschreiten des maximal zulässigen Knickwinkels αmax wird das Zugfahrzeug 1 automatisch abgebremst oder nur mit einer maximal zulässigen Geschwindigkeit (z.B. mittels entsprechender Antriebs- und/oder Bremseingriffe) betrieben.
    • - Das Zugfahrzeug 1 wird mit zunehmender Annäherung des aktuellen Knickwinkels αist an den maximal zulässigen Knickwinkel αmax mit abnehmender Geschwindigkeit betrieben.
    • - Bei der Erfassung des vorhandenen Fahrraums wird zwischen beweglichen und unbeweglichen Hindernissen unterschieden und die vorgegebenen Verzögerungszeit wird abhängig vom Vorhandensein beweglicher Hindernisse bestimmt.
    • - Bei der Erfassung des vorhandenen Fahrraums wird eine Personenerkennung aktiviert. Bei Erkennung von Personen 7 wird entweder die Überschreitung des maximal zulässigen Knickwinkels αmax verboten oder das Zugfahrzeug automatisch festgebremst, zumindest bis sich die Person 7 aus dem benötigten Fahrraum entfernt hat.
  • Diese und ähnliche Funktionen können auch beliebig miteinander kombiniert werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
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    • DE 102012207647 A1 [0005]
    • DE 102017209980 [0006]
    • DE 10128792 A1 [0007]

Claims (5)

  1. Steuersystem zum Lenken eines Zugfahrzeuges (1) mit einem Anhänger (2) mit mindestens einem elektronischen Steuergerät (4), das Schnittstellen aufweist zu - einer ersten Sensorvorrichtung (5) zur Erfassung des aktuellen Knickwinkels (αist) des Gespanns (1, 2), - einer zweiten Sensorvorrichtung (M, 5) zur Erfassung des benötigten Fahrraums des Gespanns (1, 2) und - einer dritten Sensorvorrichtung (K, R, U, 5) zur Erfassung des vorhandenen Fahrraums, wobei das Steuergerät (4) weiterhin umfasst: - eine Kollisionsprädiktionseinheit (P) zum Vergleich des benötigten Fahrraums mit dem vorhandenen Fahrraum bei Berücksichtigung des aktuellen Knickwinkels (αist) und - eine Kollisionsverhinderungseinheit (V), die durch Zusammenwirken mit der Kollisionsprädiktionseinheit (P) einen zur Kollisionsverhinderung maximal zulässigen Knickwinkel (αmax) bestimmt und die eine Einstellung eines über den maximal zulässigen Knickwinkel (αmax) hinausgehenden Knickwinkels als kollisionskritisch anzeigt, verhindert oder nur nach einer vorgegebenen Verzögerungszeit zulässt.
  2. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Überschreiten des maximal zulässigen Knickwinkels (αmax) das Zugfahrzeug (1) automatisch abgebremst oder nur mit einer maximal zulässigen Geschwindigkeit betrieben wird.
  3. Steuersystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zugfahrzeug (1) mit zunehmender Annäherung des aktuellen Knickwinkels (αist) an den maximal zulässigen Knickwinkel (αmax) mit abnehmender Geschwindigkeit betrieben wird.
  4. Steuersystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Erfassung des vorhandenen Fahrraums zwischen beweglichen und unbeweglichen Hindernissen unterschieden wird und dass die vorgegebenen Verzögerungszeit abhängig vom Vorhandensein beweglicher Hindernisse bestimmt wird.
  5. Steuersystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Erfassung des vorhandenen Fahrraums eine Personenerkennung aktiviert wird und dass bei Erkennung von Personen (7) entweder die Überschreitung des maximal zulässigen Knickwinkels (αmax) verboten wird oder das Zugfahrzeug automatisch festgebremst wird.
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