DE10333998B4

DE10333998B4 - Kraftfahrzeug-Anhänger-Gespann und Verfahren zur Bestimmung des Gespannwinkels

Info

Publication number: DE10333998B4
Application number: DE10333998.1A
Authority: DE
Inventors: Karl-Horst Fuhrmann
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2003-07-25
Filing date: 2003-07-25
Publication date: 2018-08-23
Anticipated expiration: 2023-07-26
Also published as: DE10333998A1

Abstract

Kraftfahrzeug-Anhänger-Gespann (1)
(a) mit einem Zugfahrzeug (2),
(b) mit zumindest einem Anhänger (3),
(c) mit mindestens einer Deichsel (4) zur variablen Kopplung des Anhängers (3) mit dem Zugfahrzeug (2) und
(d) mit einer Vorrichtung (11, 12, 15, 16) zur Bestimmung des Gespannwinkels (α) zwischen Zugfahrzeug (2) und Anhänger (3),
(d1) die zumindest eine erste Einrichtung (11) zum Erfassen erster Drehzahlen zumindest der Räder (6_l, 6_r) einer Achse (6) des Zugfahrzeuges (2) aufweist,
(d2) die zumindest eine zweite Einrichtung (12) zum Erfassen zweiter Drehzahlen zumindest der Räder (7_l, 7_r) einer Achse (7) des Anhängers (3) aufweist und
(d3) die eine programmgesteuerte Einrichtung (16) zur Bestimmung einer Drehzahldifferenz aus den ersten und zweiten Drehzahlen und zur Bestimmen des Gespannwinkels (α) aus der errechneten Drehzahldifferenz aufweist dadurch gekennzeichnet, dass
der Gespannwinkel (α) anhand in einer Tabelle abgelegten gemessenen Werten
der Drehzahldifferenzen bestimmt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug-Anhänger-Gespann und ein Verfahren zur Bestimmung eines Gespannwinkels. Die Erfindung betrifft ferner eine Verwendung von ABS-Sensoren und eines ABS-Steuergerätes.
Aufgrund der zunehmenden Verkehrsdichte werden die vorhandenen Verkehrswege und Parkräume immer intensiver mit der Folge genutzt, dass vor allem in Innenstädten der Manövrierraum zum Fahren und Rangieren immer kleiner wird. Ist dieses Manövrieren für herkömmliche Kraftfahrzeuge, zum Beispiel Personenkraftfahrzeuge (PKWs) und Lastkraftfahrzeuge (LKWs), schon schwer, dann wird dies zusätzlich noch erschwert, wenn diese Kraftfahrzeuge mit einem Anhänger verbunden sind. In diesen Fällen ist das Manövrieren und Rückwärtsfahren außerordentlich schwierig und erfordert ein hohes Maß fahrerischen Könnens, insbesondere dann, wenn das Gespann aus Kraftfahrzeug und Anhänger sehr lang ist und es für den Fahrzeugführer sehr schwer ist, die Abmessungen des Gespanns genau abzuschätzen.
Aus diesen Gründen sind solche Gespanne meist mit Vorrichtungen zur Regelung der Rückwärtsfahrt ausgestattet. Solche Rangierhilfesysteme und Rückwärtsfahrhilfen sind in einer Vielzahl von Ausführungsformen allgemein bekannt, so dass darauf nachfolgend nicht näher eingegangen werden soll. Lediglich zum allgemeinen Hintergrund von Rangierhilfesystemen und Vorrichtungen zur Regelung der Rückwärtsfahrt wird auf die DE 198 06 655 A1 , DE 197 54 249 A1 und DE 198 34 752 C2 verwiesen.
Den meisten dieser Vorrichtungen ist gemeinsam, dass für eine Regelung der Rückwärtsfahrt jeweils ein Winkel zwischen dem Zugfahrzeug und dessen Anhänger ermittelt wird. Diese Winkelbestimmung kann auf vielfältige Art und Weise durchgeführt werden. In dem deutschen Patent DE 198 34 752 C2 wird die relative Position des Anhängers bezüglich der Zugmaschine aus einem Einschlagwinkel der gelenkten Räder des Zugfahrzeuges und der relativen Position des Zugfahrzeuges zum Anhänger ermittelt. In der deutschen Patentanmeldung DE 198 06 655 A1 werden drei Winkel gemessen und zwar der Winkel zwischen dem Zugfahrzeug und der Deichsel, der Winkel zwischen Deichsel und Anhänger sowie der Winkel zwischen Zugfahrzeug und Anhänger. Aus den drei gemessenen Winkeln wird ein Winkel zwischen Zugfahrzeug und Anhänger ermittelt.
Aus der Druckschrift DE 198 12 237 C1 ist ein Kraftfahrzeug-Anhänger-Gespann mit einem Zugfahrzeug, mit zumindest einem Anhänger, mit mindestens einer Deichsel zur variablen Kopplung des Anhängers mit dem Zugfahrzeug und mit einer Vorrichtung zur Bestimmung des Gespannwinkels bekannt. Der Knickwinkel zwischen dem Zugfahrzeug und seinem Auflieger kann berechnet werden, indem neben gegebenen geometrischen Größen des Gespanns die mittleren Kurvenbahnradien der Räder des Aufliegers und die Kurvenbahnradien der Vorderräder des Zugfahrzeuges in die Berechnung eingeschlossen sind. Diese mittleren Kurvenbahnradien ergeben sich aus den entsprechenden Spurweiten und den Radumfangsgeschwindigkeiten der entsprechenden Räder sowie den daraus berechneten algebraischen Mittelwerten der zugehörigen Achsen. Zur Messung der Radumfangsgeschwindigkeiten sind Raddrehzahlsensoren am Auflieger sowie am Zugfahrzeug vorgesehen. Diese durch die Raddrehzahlsensoren erfassten Kurvenbahnradien der Räder des Zugfahrzeugs und des Anhängers gehen als Drehzahldifferenz in die Berechnung ein.
Allen genannten Vorrichtungen und Verfahren ist gemein, dass für die Ermittlung des Gespannwinkels zwischen Zugfahrzeug und Anhänger ein erheblicher Aufwand vorgesehen ist. Typischerweise werden dort zur Aufnahme des Winkels optische oder akustische Winkelsensoren verwendet, die die genaue Position von Kraftfahrzeug, Deichsel und Anhänger aufnehmen. Darüber hinaus ist ein mehr oder weniger großer Rechenaufwand für die Auswertung und Ermittlung des tatsächlichen Winkels aus den gemessenen Werten erforderlich. Da hier Sensoren eigens für die Winkelbestimmung verwendet werden, die nicht für andere Systeme genutzt werden können, verteuert dies die bekannten Rückfahrhilfen bzw. Rangiersysteme erheblich.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine einfachere Winkelbestimmung bei einem Kraftfahrzeug-Anhänger-Gespann bereitzustellen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Kraftfahrzeug-Anhänger-Gespann mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei einem Kraftfahrzeug-Anhänger-Gespann die Räder des Zugfahrzeuges und des Anhängers bei einer Kurvenfahrt unterschiedliche Raddrehzahlen aufweisen. Diese Differenz der Raddrehzahlen von Zugfahrzeug und Anhänger ist umso größer, je größer der Einschlagwinkel bzw. der Gespannwinkel ist. Unter Gespannwinkel ist der Winkel zwischen dem Zugfahrzeug und dem Anhänger bezogen auf die Längsachse des Zugfahrzeugs bezeichnet. Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht nun darin, aus dieser Drehzahldifferenz den Gespannwinkel zu ermitteln.
Zu diesem Zwecke sind zumindest den Rädern einer Achse des Zugfahrzeuges und Anhängers Drehzahlsensoren zugeordnet. Diese Drehzahlsensoren ermitteln die jeweilige Drehzahl der zugeordneten Räder und diese Drehzahl-Informationen werden in der Folge ausgewertet. Zu diesem Zwecke ist eine programmgesteuerte Einrichtung, beispielsweise ein Mikroprozessor oder Mikrocontroller, der zum Beispiel Bestandteil eines Steuergerätes oder einer Motorsteuerung sein kann, vorgesehen. Diese programmgesteuerte Einrichtung errechnet aus den ermittelten Drehzahlinformationen eine Drehzahldifferenz, aus der dann der Gespannwinkel ermittelt wird.
Dabei erfolgt die Ermittlung des Gespannwinkels anhand von Erfahrungswerten oder gemessenen Werten, die in einer Tabelle (Look-up-Table) abgelegt sind.
Das Steuergerät bzw. die programmgesteuerte Einrichtung, die die Auswertung der Drehzahlinformationen und die Ermittlung des Gespannwinkels vornimmt, können beispielsweise Bestandteil eines Fahrerassistenzsystems und/oder eines Rückfahrhilfesystems sein.
Als Einrichtungen zur Bestimmung der Drehzahlen werden vorteilhafterweise Drehwinkelsensoren verwendet, die aus den Drehwinkeln der jeweiligen Räder die jeweiligen Drehzahlen ableiten.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung wird ein ABS-System zur Bestimmung des Gespannwinkels verwendet. Solche ABS-Systeme weisen ABS-Sensoren auf, die an gebremsten Rädern vorgesehen sind und die unter Verwendung der Fahrzeuggeschwindigkeit den Bremsschlupf dieser Räder detektieren sollen. Im Falle eines blockierten bzw. „überbremsten“ Rades ist dessen Drehzahl deutlich kleiner als die Referenzdrehzahl. Die ABS-Sensoren nehmen diese Drehzahlinformationen auf und ein entsprechendes ABS-Steuergerät wertet dies als Blockieren aus. Vorteilhafterweise können die als Drehzahlsensoren ausgebildeten ABS-Sensoren nun auch der Aufnahme der Drehzahl zur Bestimmung des Gespannwinkels dienen. Darüber hinaus kann auch das ABS-Steuergerät dazu verwendet werden, die von den ABS-Sensoren ermittelten Drehzahlinformationen zur Bestimmung des Gespannwinkels auszuwerten. Da dieses ABS-Steuergerät ohnehin eine programmgesteuerte Einrichtung aufweist, muss deren Funktion lediglich dahingehend erweitert werden, dass neben dem normalen ABS-Betrieb nun auch im Falle eines Rangierens, eines Rückwärtseinparkens, etc. der jeweilige Gespannwinkel ermittelt wird.
Eigens für die Bestimmung des Gespannwinkels erforderliche Steuergeräte und Drehzahlsensoren sind daher hier nicht mehr erforderlich. Bei Verwendung eines ABS-Systems kann das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die Vorrichtung zur Bestimmung eines Gespannwinkels sehr einfach und kostengünstig realisiert werden, da moderne Kraftfahrzeuge ohnehin mit einem ABS-System ausgestattet sind und dieses lediglich geringfügig, wie bereits beschrieben, erweitert werden müsste.
Vorteilhafterweise weist nicht nur das Zugfahrzeug, sondern auch der Anhänger ein solches mit ABS-Sensoren ausgestattetes ABS-System auf.
Die Erfindung ist besonders vorteilhaft für solche Gespanne, bei denen das Zugfahrzeug als Lastkraftwagen ausgebildet ist. Insbesondere bei solchen Kombinationen ist das Rangieren und Rückwärtsfahren besonders schwierig, so dass Rückfahrhilfen und Rangierhilfen den Fahrzeugführern solcher Gespanne das Rangieren erheblich vereinfachen. Darüber hinaus eignet sich die Erfindung jedoch selbstverständlich auch bei Personenkraftfahrzeugen mit Anhänger, da hier sehr häufig der Kraftfahrzeugführer - im Unterschied zu einem Lastkraftwagen - das Rückwärtsrangieren nicht gewohnt ist.
Die vorliegende Erfindung eignet sich vor allem bei solchen Gespannen, bei denen die Anhänger lediglich eine bzw. mehrere, unmittelbar hintereinander angeordnete Achsen aufweist. Insbesondere bei solchen Kombinationen neigt der Anhänger bei einer Rückwärtsfahrt verstärkt zu einem „Abknicken“, wodurch hier einfache und sichere Rangierhilfen unter Verwendung einer Gespannwinkelermittlung besonders vorteilhaft sind.
Insbesondere können jeweils die Drehzahlen von einem linken und rechten Rad jeder Achse ermittelt werden. In diesem Fall ist die Bestimmung des Gespannwinkels für die Ermittlung der Drehzahldifferenz und damit des Gespannwinkels besonders verlässlich. Alternativ wäre es aber auch denkbar, dass die Drehzahlen lediglich bei mit der Deichsel gekoppelten Achsen bzw. deren Rädern ermittelt werden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind den Unteransprüchen sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung entnehmbar.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt dabei:

1: eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeug-Anhänger-Gespanns;
2: einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Ermittlung des Gespannwinkels.

In allen Figuren der Zeichnung sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente, Signale und Funktionen - sofern nichts anderes angegeben ist - gleich bezeichnet worden.
In 1 ist mit Bezugszeichen 1 das Kraftfahrzeug-Anhänger-Gespann bezeichnet. Das Gespann 1 besteht aus einem Zugfahrzeug, beispielsweise einem Lastkraftwagen oder einem Personenkraftwagen 2, sowie einem Anhänger 3. Zugfahrzeug 2 und Anhänger 3 sind mittels einer variablen Deichsel 4 miteinander verbunden. Das Zugfahrzeug 2 und der Anhänger 3 weisen jeweils zwei Achsen 5, 6; 7, 8 auf, wobei die jeweiligen Vorderachsen 5, 7 lenkbar ausgebildet sind. Die übrigen (Hinter-)Achsen 6, 8 sind typischerweise (mehr oder weniger) nicht-lenkbar (starr) ausgebildet. An den jeweiligen Achsen 5 - 8 sind jeweils zumindest zwei Räder drehbar angeordnet, wobei mit dem Index „I“ das jeweilige linke Rad und mit dem Index „r“ das jeweilige rechte Rad der entsprechenden Achsen 5, 6; 7, 8 bezeichnet ist.
Erfindungsgemäß soll nun der Gespannwinkel α zwischen Zugfahrzeug 2 und Anhänger 3 ermittelt werden. Der Gespannwinkel α ist im vorliegenden Fall definiert aus der relativen Position des Zugfahrzeuges 2 zu dem Anhänger 3, d. h. der Abweichung der Längsachse 9 des Zugfahrzeuges 2 bezüglich der Längsachse 10 des Anhängers 3.
Die Erfindung weist eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Ermittlung des Gespannwinkels α auf. Zu diesem Zwecke ist zumindest einem linken und rechten Rad 6_l, 6_r des Zugfahrzeuges 2 sowie einem linken und rechten Rad 7_l, 7_r des Anhängers 3 ein jeweiliger Drehzahlsensor zugeordnet. Dies sei anhand der schematischen Darstellung in 2 beschrieben.
In 2 ist schematisch lediglich eine der Achsen des Zugfahrzeuges 2, zum Beispiel die Hinterachse 6, sowie eine der Achsen des Anhängers 3, zum Beispiel dessen Vorderachse 7, dargestellt. Den entsprechenden Rädern 6_l 6_r und 7_l, 7_r ist jeweils ein Drehzahlsensor 11, 12 zugeordnet. Denkbar wäre aber auch, mehr als zwei Drehzahlsensoren pro Rad und/oder pro Achse zu verwenden und/oder mehr als eine Achse pro Fahrzeug mit Drehzahlsensoren 11, 12 auszustatten.
Die Drehzahlsensoren 11, 12 nehmen die jeweiligen Drehzahlen der Räder 6_l, 6_r, 7_l, 7_r auf. Aus den aufgenommenen Drehzahlen werden Drehzahl abhängige Steuersignale 13, 14 erzeugt, die einem Steuergerät 15 zugeführt werden. Dieses Steuergerät 15 weist eine programmgesteuerte Einrichtung 16 auf, die aus den Steuersignalen 13, 14, welche die Drehzahlinformationen enthalten, eine Drehzahldifferenz ermittelt. Aus der Drehzahldifferenz wird dann beispielsweise nach Maßgabe eines Berechnungsalgorithmus der Gespannwinkel α zwischen Zugfahrzeug 2 und Anhänger 3 ermittelt.
Obgleich die vorliegende Erfindung vorstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.
Beispielsweise ist die Erfindung nicht notwendigerweise auf Zugfahrzeuge und Anhänger mit jeweils zwei Achsen beschränkt, sondern lässt sich auf beliebig viele Achsen, die variabel oder starr ausgebildet sein können, sowie auf einachsig ausgeführte Anhänger erweitern.
Auch muss die Drehzahlermittlung nicht notwendigerweise an der Hinterachse des Zugfahrzeuges bzw. der Vorderachse des Anhängers ermittelt werden, sondern kann zusätzlich oder alternativ auch an einer oder mehrerer der anderen Achsen vorgenommen werden.
Die Erfindung sei ferner nicht auf Verfahren zur Ermittlung des Gespannwinkels für eine Rückfahrhilfe bzw. Rangierhilfe beschränkt, sondern lässt sich selbstverständlich auch sehr vorteilhaft für eine Ermittlung des Gespannwinkels bei einer Vorwärtsfahrt vorteilhaft einsetzen.
Bezugszeichenliste

1: (Kraftfahrzeug-Anhänger-)Gespann
2: Zugfahrzeug
3: Anhänger
4: Deichsel
5 - 8: Achsen
5_l - 8_l: linke Räder
5_r - 8_r: rechte Räder
9: Längsachse des Zugfahrzeuges
10: Längsachse des Anhängers
11, 12: Drehzahlsensoren
13, 14: (Drehzahl abhängige) Steuersignale
15: Steuergerät
16: programmgesteuerte Einrichtung
α: Gespannwinkel

Claims

Kraftfahrzeug-Anhänger-Gespann (1) (a) mit einem Zugfahrzeug (2), (b) mit zumindest einem Anhänger (3), (c) mit mindestens einer Deichsel (4) zur variablen Kopplung des Anhängers (3) mit dem Zugfahrzeug (2) und (d) mit einer Vorrichtung (11, 12, 15, 16) zur Bestimmung des Gespannwinkels (α) zwischen Zugfahrzeug (2) und Anhänger (3), (d1) die zumindest eine erste Einrichtung (11) zum Erfassen erster Drehzahlen zumindest der Räder (6_l, 6_r) einer Achse (6) des Zugfahrzeuges (2) aufweist, (d2) die zumindest eine zweite Einrichtung (12) zum Erfassen zweiter Drehzahlen zumindest der Räder (7_l, 7_r) einer Achse (7) des Anhängers (3) aufweist und (d3) die eine programmgesteuerte Einrichtung (16) zur Bestimmung einer Drehzahldifferenz aus den ersten und zweiten Drehzahlen und zur Bestimmen des Gespannwinkels (α) aus der errechneten Drehzahldifferenz aufweist dadurch gekennzeichnet, dass der Gespannwinkel (α) anhand in einer Tabelle abgelegten gemessenen Werten der Drehzahldifferenzen bestimmt wird.
Gespann nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Einrichtung (11, 12) Drehzahlsensoren (11, 12) und/oder Drehwinkelsensoren enthält, die zum Erfassen der ersten und der zweiten Drehzahlen vorgesehen sind.
Gespann nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einem linken Rad (5_l-8_l) und einem rechten Rad (5_r8_r) einer jeden Achse (5-8) des Zugfahrzeugs (2) und des Anhängers (3), Drehzahlsensoren (11, 12) und/oder Drehwinkelsensoren zugeordnet sind.
Gespann nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein ABS-System vorgesehen ist, welches ABS-Sensoren aufweist, die zum Erfassen der ersten und der zweiten Drehzahlen vorgesehen sind, und welches ein ABS-Steuergerät aufweist, das eine programmgesteuerte Einrichtung (16) enthält.
Gespann nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fahrerassistenzsystem und/oder eine Rückfahrhilfesystem vorgesehen ist, welches ein Steuergerät (15) aufweist, wobei das Steuergerät (15) die programmgesteuerte Einrichtung (16) enthält.
Verfahren zur Bestimmung des Gespannwinkels (α) zwischen einem Zugfahrzeug (2) und einem über eine Deichsel (4) mit diesem gekoppelten Anhänger (3), mit den Verfahrensschritten: (A) Erfassen erster Drehzahlen eines linken und eines rechten Rades (5_l, 5_r, 6_l, 6_r) zumindest einer Achse (5, 6) des Zugfahrzeuges (2); (B) Erfassen zweiter Drehzahlen eines linken und eines rechten Rades (7_l, 7_r, 8₁, 8_r) zumindest einer Achse (7, 8) des Anhängers (3); (C) Bestimmen der Drehzahldifferenz aus den ersten und den zweiten Drehzahlen; (D) Bestimmen des Gespannwinkels (α) aus der errechneten Drehzahldifferenz dadurch gekennzeichnet, dass der Gespannwinkel (α) anhand in einer Tabelle abgelegten gemessenen Werten der Drehzahldifferenzen bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass für das Erfassen der ersten und der zweiten Drehzahlen ein Drehzahlsensor (11, 12) und/oder ein Drehwinkelsensor, insbesondere Drehzahlsensoren und/oder Drehwinkelsensoren eines ABS-Systems, verwendet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils die Drehzahlen derjenigen Räder (6_l, 6_r; 8₁, 8_r) ermittelt werden, die mit zumindest einer der hinteren Achsen (6, 8) des Zugfahrzeugs (2) und des Anhängers (3) verbunden sind.