DE19964045A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung des Knickwinkels zwischen einem Vorderwagen und einem Auflieger eines Fahrzeugs - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung des Knickwinkels zwischen einem Vorderwagen und einem Auflieger eines FahrzeugsInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung des Knickwinkels (PSI) zwischen einem Vorderwagen (1) und einem Auflieger bzw. Anhänger (2) eines Fahrzeugs, die dadurch gekennzeichnet ist, daß der Magnetfeldsensor (11) am Kupplungsglied (4) des Vorderwagens (1) so angebracht ist, daß er ein am korrespondierenden Kupplungsglied (3) des Aufliegers bzw. Anhängers bereits vorhandenes oder durch einen zusätzlichen Magnetfeldgenerator (12) permanent oder zu diskreten Zeiten erzeugtes Magnetfeld erfassen und ein dessen Richtung angebendes Meßsignal erzeugen kann, und daß der Magnetfeldsensor (11) und im Falle des vom Magnetfeldgenerator (12) zu diskreten Zeiten erzeugten Magnetfelds auch der Magnetfeldgenerator (12) mit einer elektronischen Auswerteeinheit (10) verbunden ist bzw. sind, die wenigstens das Meßsignal vom Magnetfeldsensor (11) empfängt, um daraus den Knickwinkel (PSI) zu ermitteln.
Description
Die Erfindung betrifft eine Verfahren und eine Vorrichtung
zur Ermittlung des Knickwinkels zwischen einem Vorderwagen
und einem Auflieger bzw. Anhänger eines Fahrzeugs.
Nachfolgend wird an verschiedenen Stellen der Begriff
Vorderwagen verwendet. Hierbei handelt es sich um das
Zugfahrzeug eines Fahrzeuggespanns, welches weitläufig
auch als Zugmaschine bezeichnet wird.
Ein derartiges Verfahren ist aus DE 39 23 677 C2 bekannt.
Ein darin beschriebener Winkelsensor für den Winkel zwischen
den Längsachsen eines Vorderwagens bzw. Zugfahrzeugs und
eines Anhängers ist mit einem am Zugfahrzeug angeordneten
Potentiometer ausgestattet, dessen Betätigungswelle mit dem
Anhänger koppelbar ist. Das Problem bei der Messung des
Knickwinkels mit einem solchen konventionellen
Potentiometer-Sensor liegt darin, daß dieser Sensor sowohl
am Zugfahrzeug als auch am Auflieger bzw. Anhänger befestigt
werden muß. Da die Befestigung am Auflieger bzw. Anhänger
bei jedem An- und Abkoppeln ebenfalls mit an- bzw.
abgekoppelt werden muß und da außerdem eine entsprechende
Aufnahme-Vorrichtung am Auflieger bzw. Anhänger vorhanden
sein muß, ist diese Lösung umständlich und damit wenig
praktikabel.
Die Erfindung zielt darauf ab, ein verbessertes Verfahren
und eine verbesserte Vorrichtung zur Ermittlung eines
Knickwinkels zwischen einem Vorderwagen und einem Auflieger
bzw. Anhänger eines Fahrzeugs durch Detektierung der
Richtung eines fahrzeugbehafteten Magnetfelds zu
ermöglichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in den
unabhängigen Patentansprüchen 1 und 6 (Verfahren und
Vorrichtung) angegebenen Merkmale gelöst. Die davon jeweils
abhängigen Ansprüche kennzeichnen vorteilhafte
Ausbildungsformen davon.
Somit betrifft die Erfindung im Kern ein Verfahren zur
Ermittlung des Knickwinkels zwischen einem Vorderwagen und
einem Auflieger bzw. Anhänger eines Fahrzeugs, das durch
folgende Schritte gekennzeichnet ist:
- A) Erfassung eines fahrzeugbehafteten Magnetfeldes entweder am Auflieger, wenn das Magnetfeld am Vorderwagen vorliegt, oder am Vorderwagen, wenn das Magnetfeld am Auflieger bzw. Anhänger vorliegt, und Erzeugung eines eine Richtung des erzeugten Magnetfeldes angebenden Meßsignals durch einen Magnetfeldsensor, und
- B) Ermittlung des Knickwinkels aufgrund des in Schritt A erzeugten Meßsignals.
Eine Vorrichtung, die sich insbesondere zur Durchführung des
obigen Verfahrens eignet, ist dadurch gekennzeichnet, daß
der Magnetfeldsensor am Kupplungsglied der Vorderwagens so
angebracht ist, daß er ein am korrespondierenden
Kupplungsglied des Aufliegers bzw. Anhängers bereits
vorhandenes oder durch einen zusätzlichen
Magnetfeldgenerator permanent oder zu diskreten Zeiten
erzeugtes Magnetfeld erfassen und ein dessen Richtung
angebendes Meßsignal erzeugen kann, und daß der
Magnetfeldsensor und im Falle des vom Magnetfeldgenerator zu
diskreten Zeiten erzeugten Magnetfelds auch der
Magnetfeldgenerator mit einer elektronischen Auswerteeinheit
verbunden ist bzw. sind, die wenigstens das Meßsignal vom
Magnetfeldsensor empfängt, um daraus den Knickwinkel zu
ermitteln.
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens
und der Vorrichtung besteht darin, daß kein umständliches
An- und Abkoppeln von Vorrichtungsteilen mit dem An- und
Abkoppeln des Sattelaufliegers am Vorderwagen notwendig ist,
daß die hier vorgeschlagene Lösung keine zusätzliche
mechanische Verbindung zwischen dem Vorderwagen und dem
Auflieger benötigt, da ein berührungsloses Meßverfahren
eingesetzt wird, daß, mit Ausnahme einer Ausführungsform,
bei der ein Permanentmagnet bleibend, d. h. dauernd und nicht
lösbar am Königszapfen angebracht ist, keine Umrüstung der
Auflieger nötig ist und daß die Sensorik bei entsprechendem
Einbau unempfindlich gegen Verschmutzung, mechanische
Beschädigung und Verschleiß ist.
Nachstehend werden erfindungsgemäße Ausführungsformen des
Verfahrens und der Vorrichtung für das Beispiel einer
Sattelzugmaschine und eines Sattelaufliegers anhand der
beiliegenden Zeichnungsfiguren näher beschrieben.
Fig. 1 zeigt einen ebenen Grundriß eines aus einer
Sattelzugmaschine 1 und einem Sattelauflieger 2 bestehenden
Fahrzeugs zur Erläuterung erfindungsgemäßer Konventionen.
Fig. 2 zeigt schematisch in Form eines Blockschaltbilds eine zur
Ausführung des Verfahrens geeignete elektronische
Auswerteeinheit in funktioneller Verbindung mit einem
Magnetfeldsensor, einem Magnetfeldgenerator und einer Ein-
Ausgabeeinheit.
Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung, bei der ein Elektromagnet als
Magnetfeldgenerator am Vorderwagen im Bereich des
Königszapfens eines Sattelaufliegers angebracht und von der
Auswerteeinheit intermittierend betätigbar ist.
Fig. 4 zeigt eine zweite Ausführungsform mit einem als
Permanentmagnetplatte gestalteten Magnetfeldgenerator, der
automatisch beim Ankoppeln des Sattelaufliegers an der
Stirnseite des Königszapfens haftet.
Fig. 1 zeigt einen Grundriß eines aus einer
Sattelzugmaschine 1 und einem Sattelauflieger 2 bestehenden
Fahrzeugs.
Die Sattelzugmaschine 1 weist eine Längsachse A1 und der
Sattelauflieger 2 eine Längsachse A2 auf. Beide
Fahrzeuglängsachsen A1 und A2 schneiden sich in der den
Königszapfen (nicht gezeigt) des Sattelaufliegers
aufnehmenden Bohrung einer Sattelplatte 4 der
Sattelzugmaschine 1. Der Winkel zwischen den beiden
Fahrzeuglängsachsen A1 und A2 ist der Knickwinkel ψ.
An dieser Stelle sei auf das Funktionsprinzip eingegangen,
welches der erfindungsgemäßen Ermittlung des Knickwinkels
zugrundeliegt. Bei der erfindungsgemäßen Ermittlung des
Knickwinkels wird mit Hilfe eines Magnetfeldsensors eine
magnetische Feldstärke ermittelt, die von einem
fahrzeugbehafteten Magnetfeld herrührt. Diese magnetische
Feldstärke wird durch das mit dem Sensor erzeugte Meßsignal
repräsentiert. Es kann zwar eine Feldstärke ermittelt
werden, allerdings weiß man zunächst nicht, welcher Wert des
Knickwinkels zu dieser magnetischen Feldstärke gehört. Aus
diesem Grund muß in definierten bzw. geeigneten
Fahrsituationen des Fahrzeuggespannes gelernt werden,
welcher Wert des Knickwinkels zu welchem Wert des
Meßsignals, d. h. zu welchem Wert der magnetischen Feldstärke
gehört. Hierzu wird für die definierte Fahrsituation des
Fahrzeuggespannes mit Hilfe eines mathematischen Modells,
d. h. mit Hilfe eines Referenzmodells ein Vergleichswert für
den Knickwinkel, d. h. ein Referenzknickwinkel ermittelt. Der
Wert des Meßsignals und der Wert des Referenzknickwinkels
werden zusammen in einer im Steuergerät enthaltenen Tabelle
als Wertepaar abgelegt. Somit entsteht eine Tabelle, die für
verschiedene definierte Fahrsituationen des
Fahrzeuggespannes Wertepaare enthält. Folglich kann für
einen Wert des Meßsignals, d. h. für eine gemessene
magnetische Feldstärke der Wert des zugehörigen Knickwinkels
aus der Tabelle ausgelesen werden. Ist in der Tabelle der
Wert des Meßsignals nicht abgelegt, so kann der zu diesem
Meßsignal gehörende Wert des Knickwinkels durch
Interpolation aus den Werten des Knickwinkels ermittelt
werden, die zu den Werten der Meßsignale gehören, die
wertmäßig dem erfaßten Meßsignal am nächsten kommen.
Vorzugsweise werden als Eingangsgrößen für das
Referenzmodell die Fahrzeuggeschwindigkeit und der vom
Fahrer eingestellte Lenkwinkel verwendet, d. h. der
Referenzknickwinkel ergibt sich in Abhängigkeit der
Fahrzeuggeschwindigkeit und des Lenkwinkels.
Sobald das Zugfahrzeug mit einem anderen Anhänger oder
Auflieger betrieben wird, oder sobald eine andere Ladung
transportiert wird, muß die Tabelle durch entsprechende
Messungen neu angelegt werden, d. h. der Zusammenhang
zwischen Meßsignal und Knickwinkel muß neu gelernt werden.
Mit anderen Worten: Der dem mit dem Sensor in Schritt A
erzeugten Meßsignal entsprechende Knickwinkel wird während
geeigneter Fahrsituationen mit Hilfe eines Vergleichswertes
für den Knickwinkel, insbesondere einem mit Hilfe eines
Referenzmodells ermittelten Referenzknickwinkel, ermittelt.
Fig. 2 zeigt in Form eines Blockschaltbilds eine
Ausführungsform einer elektronischen Auswerteeinheit 10, die
aufgrund eines von einem Magnetfeldsensor 11 gelieferten
Meßsignals den Knickwinkel ψ ermittelt, dabei den oben
erwähnten Vergleich mit dem Knickwinkel ψ* des
Referenzmodells durchführt und außerdem zur Ermittlung
stabiler Fahrzustände eingerichtet ist, um Schaltsignale zum
intermittierenden Einschalten des als Elektromagnet
eingerichteten Magnetfeldgenerators 12 zu geeigneten
Zeitpunkten, z. B. bei unkritischer Geradeausfahrt, zu
erzeugen.
Die Verarbeitungseinheit 10 kann auch funktionell mit einer
Ein-Ausgabeeinheit 13, z. B. einer Tastatur und Anzeige,
verbunden sein. Die Verarbeitungseinheit 10 kann entweder
eine separate, beispielsweise einen programmierten
Mikroprozessor enthaltende Einheit oder auch Teil einer
ohnehin im Fahrzeug vorhandenen Verarbeitungseinheit sein.
Die Verarbeitungseinheit kann auch mit einem im Fahrzeug
enthaltenen Steuergerät verbunden sein. Bei diesem
Steuergerät kann es sich beispielsweise um eine
Schlupfregelung handeln, mit der der Bremsschlupf oder der
Antriebsschlupf oder die Gierrate zumindest des
Zugfahrzeuges geregelt oder gesteuert wird.
Nachstehend werden Ausführungsbeispiele zur
erfindungsgemäßen Knickwinkelermittlung durch Messung der
Orientierung eines am Sattelauflieger vorhandenen oder
erzeugten Magnetfelds, d. h. eines fahrzeugbehafteten
Magnetfeldes beschrieben, obwohl auch die Messung eines am
Zugfahrzeug vorhandenen Magnetfeldes möglich ist und im
Bereich der Erfindung liegt; hierbei muß jedoch ein
entsprechender Sensor im Auflieger integriert werden, was
diese Lösungsvariante im Vergleich mit der Anbringung des
Sensors am Vorderwagen unvorteilhaft macht. Da in diesem
Fall eine Ausrüstung des Aufliegers erforderlich wäre.
Das Magnetfeld ist durch Bearbeitungsvorgänge, wie Schweißen
oder spanende Bearbeitung, z. B. des Königszapfens 3, bereits
in sensierbarer Stärke vorhanden. Die Auswerteeinheit 10 muß
durch entsprechende Algorithmen die den Meßsignalen
entsprechenden Knickwinkel ψ in geeigneten Fahrsituationen
durch einen Vergleich des Meßsignals mit den Knickwinkeln
ψ* eines Referenzmodells (siehe oben) immer wieder neu
lernen, z. B. beim Wechsel des Aufliegers, der Ladung etc.
Der Sensor 11 ist unmittelbar unter dem Königszapfen 3 des
Aufliegers 2 positioniert. Genauer gesagt ist der Sensor am
Zugfahrzeug im Bereich unterhalb des Königszapfens
angebracht. An dieser Stelle sei auf Fig. 3 verwiesen, die
für diese Ausführung in abgeänderter Form gilt (es ist der
Magnetfeldgenerator wegzudenken, da dieser in dieser
Ausführung nicht erforderlich ist).
Fig. 3 zeigt einen am Zugfahrzeug im Bereich unterhalb des
Königszapfens 3 angebrachten Elektromagneten 12, der durch
ein von der Auswerteeinheit 10 ausgegebenes Signal zu
geeigneten Zeitpunkten, z. B. bei unkritischer
Geradeausfahrt, aktiviert wird. Dadurch wird der
Königszapfen magnetisiert. Der Sensor 11 ist, wie in der
oben beschriebenen Ausführung I, unmittelbar unterhalb des
Königszapfens 3 des Aufliegers 2 positioniert und sendet ein
Meßsignal an die Auswerteeinheit 10, die im Vorderwagen 1
liegt. Auch in diesem Fall muß der zu ermittelnde
Knickwinkel ψ zwischen dem Vorderwagen 1 und dem
Sattelauflieger 2 immer wieder zu jeder günstigen
Gelegenheit, d. h. während eines stabilen Fahrzustands,
anhand eines von einem Referenzmodell abgeleiteten
Knickwinkels ψ* gelernt werden.
Fig. 4 zeigt eine am Königszapfen 3 eines Aufliegers 2
haftende permanentmagnetische Platte 12' und einen direkt
unterhalb der permanentmagnetischen Platte 12' angebrachten
Magnetfeldsensor 11, der einem durch die Sattelplatte 4
veranschaulichten Vorderwagen zugeordnet ist. Eine in der
Sattelplatte 4 liegende Haltevorrichtung 6 sorgt dafür, daß
die permanentmagnetische Platte 12' beim Ankoppeln des
Aufliegers 2 automatisch mit der Stirnseite des
Königszapfens 3 aufgrund der Magnetkraft der
permanentmagnetischen Platte 12' haftet. Weiterhin weist die
Haltevorrichtung 6 einen Anschlag 7 auf, der die
permanentmagnetische Platte 12' beim Abkoppeln des
Aufliegers 2 automatisch vom Königszapfen 3 trennt, so daß
keine manuellen Schritte zur Befestigung und Ablösung der
permanentmagnetischen Platte 12' am bzw. vom Königszapfen 3
notwendig sind.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens und der
zugehörigen Vorrichtung gegenüber herkömmlichen
Winkelsensoren sind:
- - Es sind keine zusätzlichen mechanischen Verbindungen zwischen Zugfahrzeug und Auflieger nötig, d. h. die Winkelmessung des Knickwinkels ψ erfolgt berührungslos.
- - Es ist keine Umrüstung des Aufliegers erforderlich. Außer in der anhand der Fig. 4 beschriebenen Ausführung III, wenn anstelle der entfernbaren permanentmagnetischen Platte eine entsprechende fest mit dem Königszapfen verbundene, d. h. nicht ablösbare Platte verwendet wird.
- - Die Sensorik ist, bei entsprechendem Einbau, unempfindlich gegen Verschmutzung, mechanische Schädigung und Verschleiß.
Obwohl die in den obigen Ausführungsformen I-III
beschriebenen Vorrichtungen ein am Königszapfen vorhandenes
oder daran erzeugtes Magnetfeld mit Hilfe eines
Magnetfeldsensors detektieren, der unmittelbar unterhalb des
Königszapfens am Vorderwagen angebracht ist, sind
selbstverständlich auch andere Einbauorte des Elektro- oder
Permanentmagneten und des Sensors zwischen Vorderwagen 1 und
Anhänger oder Auflieger 2 eines Fahrzeugs möglich, z. B.
innerhalb einer Anhängerkupplung oder, wenn eine Deichsel
eines Anhängers starr mit dem Vorderwagen verbunden ist, am
vorderen Drehgestell des betreffenden Anhängers. Auf jeden
Fall werden dem Fachmann anhand der obigen Beschreibung
weitere Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der
Vorrichtung deutlich, die im Umfang der beiliegenden
Ansprüche liegen.
Erfindungsgemäß kommen als Magnetfeldsensor (11) ein Hall-
Sensor, ein Flux-Gate-Sensor, ein magneto-induktiver Sensor
oder ein magneto-resistiver Sensor zum Einsatz.
Claims (12)
1. Verfahren zur Ermittlung des Knickwinkels (ψ) zwischen
einem Vorderwagen (1) und einem Auflieger bzw. Anhänger (2)
eines Fahrzeugs, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
- A) Erfassung eines fahrzeugbehafteten Magnetfeldes entweder am Auflieger (2), wenn das Magnetfeld am Vorderwagen (1) vorliegt, oder am Vorderwagen (1), wenn das Magnetfeld am Auflieger bzw. Anhänger (2) vorliegt, und Erzeugung eines eine Richtung des erzeugten Magnetfeldes angebenden Meßsignals durch einen Magnetfeldsensor (11), und
- B) Ermittlung des Knickwinkels (ψ) aufgrund des in Schritt A erzeugten Meßsignals.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein
am Auflieger bzw. Anhänger (2) in sensierbarer Stärke
bereits vorhandenes Magnetfeld ausgewertet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
Magnetfeld zu geeigneten Zeitpunkten mit einem
Magnetfeldgenerator (12) erzeugt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
Magnetfeld permanent am Auflieger bzw. Anhänger (2) erzeugt
wird.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß der dem mit dem Sensor (11) in Schritt A
erzeugten Meßsignal entsprechende Knickwinkel (ψ) während
geeigneter Fahrsituationen mit Hilfe eines Vergleichswertes
(ψ*)für den Knickwinkel, insbesondere einem mit Hilfe eines
Referenzmodells ermittelten Referenzknickwinkel, gelernt
wird.
6. Vorrichtung zur Ermittlung des Knickwinkels (ψ) zwischen
einem Vorderwagen (1) und einem Auflieger bzw. Anhänger (2)
eines Fahrzeugs, insbesondere zur Durchführung des
Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß der Magnetfeldsensor (11) am
Kupplungsglied (4) des Vorderwagens (1) so angebracht ist,
daß er ein am korrespondierenden Kupplungsglied (3) des
Aufliegers bzw. Anhängers bereits vorhandenes oder durch
einen zusätzlichen Magnetfeldgenerator (12, 12') permanent
oder zu diskreten Zeiten erzeugtes Magnetfeld erfassen und
ein dessen Richtung angebendes Meßsignal erzeugen kann, und
daß der Magnetfeldsensor (11) und im Falle des vom
Magnetfeldgenerator (12, 12') zu diskreten Zeiten erzeugten
Magnetfelds auch der Magnetfeldgenerator (12, 12') mit einer
elektronischen Auswerteeinheit (10) verbunden ist bzw. sind,
die wenigstens das Meßsignal vom Magnetfeldsensor (11)
empfängt, um daraus den Knickwinkel (ψ) zu ermitteln.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der
Magnetfeldgenerator ein an dem Vorderwagen im Bereich des
Königszapfens (3) des Aufliegers (2) angebrachter und von
der Auswerteeinheit (10) aktivierter Elektromagnet (12) ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der
Magnetfeldgenerator ein am Auflieger (2) befestigter oder
automatisch beim Ankoppeln befestigbarer Permanentmagnet
ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß am
Vorderwagen (1) eine Haltevorrichtung (6) vorgesehen ist, um
einen plattenförmigen Permanentmagneten (12') beim Ankoppeln
automatisch mit der Stirnseite des Königszapfens (3) durch
die Magnetkraft der Magnetplatte zu verbinden, und daß die
Haltevorrichtung (6) einen Anschlag (7) aufweist, die die
Permanentmagnetplatte (12') beim Abkoppeln automatisch vom
Königszapfen (3) trennt.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der
Magnetfeldsensor (11) in oder an der Sattelplatte (4) des
Vorderwagens (1) unterhalb der Stirnseite des Königszapfens
(3) liegt.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, daß der Magnetfeldsensor (11) ein Hall-
Sensor, ein Flux-Gate-Sensor, ein magneto-induktiver Sensor
oder ein magneto-resistiver Sensor ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit (10) dazu
eingerichtet ist, den aus dem vom Magnetfeldsensor erzeugten
Meßsignal gewonnenen Knickwinkel (ψ) in geeigneten
Fahrsituationen mit Hilfe eines Vergleichswertes für
(ψ*) den Knickwinkel, insbesondere einem mit Hilfe eines
Referenzmodells ermittelten Referenzknickwinkel, zu lernen.
Priority Applications (1)
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DE19964045A DE19964045A1 (de) | 1999-12-30 | 1999-12-30 | Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung des Knickwinkels zwischen einem Vorderwagen und einem Auflieger eines Fahrzeugs |
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DE19964045A DE19964045A1 (de) | 1999-12-30 | 1999-12-30 | Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung des Knickwinkels zwischen einem Vorderwagen und einem Auflieger eines Fahrzeugs |
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DE19964045A Withdrawn DE19964045A1 (de) | 1999-12-30 | 1999-12-30 | Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung des Knickwinkels zwischen einem Vorderwagen und einem Auflieger eines Fahrzeugs |
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