DE19964045A1

DE19964045A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung des Knickwinkels zwischen einem Vorderwagen und einem Auflieger eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE19964045A1
Application number: DE19964045A
Authority: DE
Inventors: Falk Hecker; Oliver Jundt; Herbert Schramm
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1999-12-30
Filing date: 1999-12-30
Publication date: 2001-07-05

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

Stand der Technik

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.

Aufgaben und Vorteile der Erfindung

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.

Zeichnung

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.

Ausführung I

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).

Ausführung II

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.

Ausführung III

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

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.