DE10122562C1 - Reflektoranordnung für Fahrdynamikregelung, Rangierhilfe sowie Einkuppelhilfe für Gliederzüge mit gelenktem Anhänger - Google Patents

Abstract

Die Lösung gelingt mit zwei Ultraschalltransceivern, die an der Zugmaschine angebracht sind und jeweils mit einem bestimmten Richtungswinkel in Richtung des Anhängers Ultraschallsignale senden, die von mindestens einem ersten passiven Deichselreflektor und mindestens einem zweiten passiven Anhängerreflektor wieder an den Ultraschalltransceiver zurückgeworfen werden, von dem die Signale ausgesandt wurden. Aus den Laufzeitdifferenzen der von dem ersten passiven Deichselreflektor zurückgeworfenen Signalen wird in einem Bordrechner der Deichselwinkel berechnet und aus den Laufzeitdifferenzen der von dem zweiten passiven Anhängerreflektor zurückgeworfenen Signalen wird im Bordrechner der Knickwinkel berechnet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Erzeugnis mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs.

Die Bestimmung des Knickwinkels zwischen einem Zugfahrzeug und einem Anhänger oder einem Auflieger ist bei der Fahrdynamikregelung von Lastzügen von Bedeutung. In der Ver­ gangenheit hat man sich besonders für die Belange der Rückwärtsfahrt mit der Bestimmung des Knickwinkels auseinandergesetzt.

So offenbart die DE 198 06 655 A1 eine elektronische Rangierhilfe für einen Lastwagen mit Anhänger. Der Anhänger ist über eine Deichsel mit der rückseitigen Anhängerkupplung des Lastwagens gekoppelt. Über Winkelaufnehmer werden die Stellung von Anhänger und Last­ wagen zu Beginn der Rückwärtsfahrt ermittelt und über ein Steuergerät in Verbindung mit Abmessungs-Daten von Lastwagen und Anhänger beide auf errechneten Kreisbahnen allein durch aktive Lenkung am Lenkrad mittels Stellmotor geführt. Das System bedarf zahlreicher Winkelaufnehmer sowohl am Lastwagen als auch am Anhänger sowie an der Deichsel. Zu­ dem müssen alle Winkelaufnehmer mit dem Steuergerät verbunden sein, was insbesondere eine elektrische Verbindungsleitung zwischen Lastwagen und Anhänger benötigt.

Um den zusätzlichen Aufwand, der durch eine Signalübertragung zwischen Lastwagen und Anhänger notwendig ist, einzusparen, hat man in der DE 198 34 752 A1 vorgeschlagen, die relative Positionsbestimmung von Zugfahrzeug zu Anhänger durch eine außermittige Ab­ standsmessung per Ultraschall an zwei Punkten zu bestimmen. Die Vorrichtung nutzt den Gedanken, daß ein Zugfahrzeug mit Anhänger stabil rückwärts um eine Kurve fährt, wenn Lenkeinschlag und Position von Zugfahrzeug und Anhänger zueinander dieselben Werte an­ nehmen, wie beim Durchfahren derselben Kurve vorwärts. Dazu werden bei Vorwärtsfahrt in kurzen Zeitabständen der Einschlagwinkel der gelenkten Räder des Zugfahrzeuges, die zuge­ hörige relative Position von Zugfahrzeug zu Anhänger und die zugehörige Geschwindigkeit beim Einlenken in eine Kurve, bei Kurvenfahrt mit konstantem Radius und beim Auslenken aus einer Kurve gemessen und gespeichert. Bei Rückwärtsfahrt soll dann eine Steurung die gespeicherten Werte der Vorwärtfahrt abrufen und daraus den Lenkwinkel ermitteln.

Das in der DE 198 34 752 A1 vorgeschlagene System hat den Nachteil, daß im praktischen Betrieb die zu durchfahrende Rückwärtkurve so gut wie nie zuerst mit einer Vorwärtskurve durchfahren werden kann. Z. B. bei Rückwärtsfahrt an eine Verladerampe, kann der zugehöri­ ge Fahrweg nie zuerst durch eine Vorwärtsfahrt durchfahren weiden. Weiterhin weiß jeder Lastkraftwagenfahrer, daß für die Rückwärtsfahrt, insbesondere beim Einleiten der Rück­ wärtsfahrt völlig andere Lenkeinschläge benötigt werden, als bei der Vorwärtsfahrt. Für die entsprechende Kurve. Zudem haben praktische Laboruntersuchungen ergeben, daß bei der in der DE 198 34 752 A1 vorgeschlagenen Bestimmung des Knickwinkels mittels einer außer­ mittigen Ultraschallmessung an zwei Punkten nicht mit hinreichender Sicherheit gewährleis­ tet ist, daß die voneinder beabstandeten Ultraschalltransceiver auch ein reflektiertes Signal vom Anhänger zurückerhalten. Schon bei kleinen Knickwinkeln zwischen Zugfahrzeug und Anhänger nämlich wird das reflektierte Signal entsprechend der Reflexionsgesetze gestreut, so daß insbesondere bei der Verwendung von Transceivern, die zugleich als Sender als auch als Empfänger der Ultraschallsignale wirken, schon bei kleinen Knickwinkeln zwischen Zug­ fahrzeug und Anhänger bzw. Auflieger keine brauchbaren Echosignale mehr an den Trans­ ceiver zurückgestreut werden.

Deshalb wurde in der nachveröffentlichten Patentschrift DE 100 30 738 C1 der DaimlerCh­ rysler AG eine Anordnung aus zwei Ultra-Schall-Transceivern vorgeschlagen, die auf zwei unterschiedlichen Signalstrecken Ultraschallimpulse aussenden und empfangen. Die Ultra­ schalltransceiver sind hierbei am Zugfahrzeug angebracht und senden die Ultraschallimpulse in Richtung Anhänger oder Auflieger. Am Anhänger oder Auflieger sind passive Reflektoren angebracht, deren Oberfläche zumindest einen Anteil der Signalenergie der einfallenden Ult­ raschallimpulse um 180° wendet und entgegen der Einstrahlrichtung wieder zu den Trans­ ceivern zurückreflektiert. Die Ultraschalltransceiver sind über eine Schnittstelle mit einem Bordrechner verbunden, in dem aus den Laufzeiten der jeweiligen Ultraschallimpulse aus den beiden Meßrichtungen die Länge der Signalstrecken und aus den Signalstrecken und den geometrischen Abmessungen der Anordnung der Knickwinkel zwischen Zugfahrzeug und An­ hänger oder Auflieger bestimmt wird.

Die DE 100 30 738 beinhaltet die Messung eines Winkels, nämlich des Knickwinkels zwi­ schen Zugmaschine und Anhänger. Bei einem gelenkten Anhänger tritt neben dem Knick­ winkel noch der Deichselwinkel auf, nämlich der Winkel den die Längsachse der Anhänger­ deichsel mit der Längsachse des Zugfahrzeugs bildet. Ist die Anhängerdeichsel an einer ge­ lenkten Achse des Anhängers angelenkt, so bedarf es zur vollständigen Charakterisierung der Stellung des Anhängers zur Zugmaschine der Bestimmung mindestens zweier Winkel, näm­ lich des Deichselwinkels und des Knickwinkels.

Ausgehend von dem vorbeschriebenen Stand der Technik stellt sich die erfindungsgemäße Aufgabe eine Sensorik aus Ultraschalltransceivern zur Bestimmung des Knickwinkels und des Deichselwinkels zwischen Zugmaschine und gelenktem Anhänger anzugeben.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch die Merkmale des unabhängigen An­ spruchs. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen enthalten.

Die Lösung gelingt mit zwei Ultraschalltransceivern, die an der Zugmaschine angebracht sind und jeweils mit einem bestimmten Richtungswinkel in Richtung des Anhängers Ultraschall­ signale senden, die von mindestens einem ersten passiven Deichselreflektor und mindestens einem zweiten passiven Anhängerreflektor wieder an den Ultraschalltransceiver zurückge­ worfen werden, von dem die Signale ausgesandt wurden. Aus den Laufzeitdifferenzen der von dem ersten passiven Deichselreflektor zurückgeworfenen Signalen wird in einem Bord­ rechner der Deichselwinkel berechnet und aus den Laufzeitdifferenzen der von dem zweiten passiven Anhängerreflektor zurückgeworfenen Signalen wird im Bordrechner der Knickwin­ kel berechnet.

Mit der Erfindung werden hauptsächlich die folgenden Vorteile erzielt:
Der Deichselwinkel kann ebenso wie der Knickwinkel mit Hilfe der Laufzeitmessung von Ultrasignalen gemessen werden. Sofern die Totzeit der Ultraschallreceiver zwischen Sende­ impuls und möglichem Empfang der Reklexionsimpulse hinreichend klein gewählt ist, ent­ halten die Reflexionssignale der beiden Ultraschalltransceiver zu den ausgesandten Ultra­ schallimpulsen sowohl die Reklexionssignale des Deichselreflektors als auch die Reflexions­ signale des Anhängerreflektors. Damit können sowohl der Deichselwinkel als auch der Knickwinkel durch Diskriminierung der Laufzeiten mit ein und demselben Paar von Ultra­ schalltransceivern gemessen werden. Es werden keine zusätzlichen Sensoren zur Bestim­ mung des Deichselwinkels benötigt.

Mit Hilfe des Deichselreflektors kann jetzt auch sensorische Einkuppelhilfe gegeben werden. Da mit der erfindungsgemäßen Anordnung sowohl der Abstand der Deichsel als auch der Versatz der Deichsel in Bezug auf die Anhängerkupplung gemessen werden, kann über eine an einen Bordrechner angeschlossene Anzeige die Lage der Deichselöse relativ zur Anhän­ gerkupplung genau angegeben werden und dem Zugmaschinenführer graphisch angezeigt werden. Es kann also ohne Einweisung durch eine weitere Person neben dem Zugmaschinen­ führer eingekuppelt werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand von Zeichnungen darge­ stellt und näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Gesamtdarstellung der Erfindung,

Fig. 2 eine Skizze zur Erläuterung der Laufzeitmessung und der daraus zu bestimmenden Knickwinkel und Deichselwinkel,

Fig. 3 eine schematische Darstellung der Sensorspannung eines Ultraschalltransceivers in Abhängigkeit von Sendeimpuls und Reflexionsimpulsen,

Fig. 1 zeigt andeutungsweise ein Zugfahrzeug 1 und einen Anhänger 2 mit einer gelenkten Achse. Der Anhänger ist mit einer Deichsel 4 an die Anhängerkupplung 5 der Zugmaschine angekoppelt. Auf der Zugmaschine befinden sich zwei Ultraschalltransceiver 6a, 6b, die mit ihren elektronischen Busschnittstellen über den Fahrzeugbus 7 an den Bordrechner 8 ange­ schlossen sind. Auf der Anhängerdeichsel ist ein erster passiver Deichselrefelktor 9 und an der Bordwand des Anhängers ein zweiter passiver Anhängerreflektor 10 angebracht. Deich­ selreflektor und Anhängerreflektor sind als sogenannte Katzenaugen-Reflektoren ausgebildet, die einen auftreffenden Ultraschallimpuls um 180° wenden und weitgehend unabhängig vom Einfallswinkel wieder zum Sender zurückreflektieren. Beispiele solcher geeigneter Reflekto­ ren sind in der DE 100 30 738 beschrieben. Die technische Lehre der DE 100 30 738 wird in Bezug auf die Deichselreflektoren und die Anhängerreflektoren und auf die mögliche Ges­ taltung der Reflektoroberflächen in die hier beschriebene Erfindung mit aufgenommen. Wei­ terhin sind in der Schemazeichnung der Fig. 1 der Knickwinkel α zwischen der Zugfahr­ zeuglängsachse 11 und der Anhängerlängsachse 12, der zugfahrzeugbezogene Deichselwin­ kel ϕ zwischen der Zugfahrzeuglängsachse 11 und der Deichsellängsachse 13 und der anhän­ gerbezogene Deichselwinkel ψ zwischen Anhängerlängsachse 12 und Deichsellängsachse 13 eingezeichnet.

Mit Hilfe der Laufzeitdiskriminierung der von den beiden Ultraschalltransceivern 6a, 6b aus­ gesandten Sendeimpulse und vom Deichselreflektor zu den Ultraschalltransceivern zurück­ geworfenen Echosignale wird jeweils mit Hilfe der in Fig. 2 nochmals dargestellten geomet­ rischen Zusammenhänge der aktuelle Deichselwinkel ϕ in dem Bordrechner 8 berechnet. In analoger Weise wird über Laufzeitdiskriminierung der von dem Anhängerreflektor zurück­ geworfenen Echosignale der Knickwinkel α in dem Bordrechner 8 berechnet. Die Bordrech­ nerergebnisse zu den aktuellen Werten für Knickwinkel und Deichselwinkel, sowie zu den ebenfalls aus den Ultraschallsignalen bestimmten Abständen zwischen Zugfahrzeug und An­ hänger, und dem daraus in Kenntnis der geometrischen Abmessungen der Deichsel und der geometrischen Position der Anhängerkupplung in Bezug auf die Ultraschalltransceiver ab­ leitbaren Abstand der Deichselöse von der Anhängerkupplung, werden dem Zugmaschinen­ führer mit einer an den Bordrechner angeschlossenen Anzeigevorrichtung 14 angezeigt. Vorzugsweise ist die Anzeigevorrichtung eine graphische Anzeige, z. B. eine LED-Anzeige, auf der die aktuellen Positionen von Zugfahrzeug, Anhänger und Deichsel dem Zugmaschinen­ führer graphisch visualisiert werden. Durch die graphische Visualisierung wird dem Zugma­ schinenführer bei der Rückwärtsfahrt eine Rangierhilfe und beim Ankoppeln eines Anhängers eine Einkuppelhilfe gegeben.

Fig. 2 zeigt zur Erläuterung der Erfindung die geometrischen Zusammenhänge bei der Lauf­ zeitdiskriminierung der Echosignale von Deichselreflektor 9 und Anhängerreflektor 10. Die von den beiden Ultraschalltransceivern abgestrahlten Sendeimpulse werden von den Reflek­ toren 9, 10 jeweils auf der Signalstrecke 15a, 15b des Sendeimpuls zurückreflektiert. Für die Einrichtung der Signalsstrecken stehen mehrer Möglichkeiten zur Verfügung. Wichtig ist lediglich, daß sich bei einer Änderung der Winkellage der Reflektoren in Bezug auf die Posi­ tion der Ultraschalltransceiver die akustische Weglänge der Signalstrecken, abhängig von der Winkeländerung, verändert, so daß eine Laufzeitdiskriminierung durchgeführt werden kann. Dies ist zum Beispiel dann der Fall, wenn die beiden Ultraschalltransceiver voneinander beabstandet sind, und die Signalstrecken der Ultraschaltransceiver parallel zueinander verlau­ fen. Sollen die beiden Ultraschalltransceiver aus Platzgründen in einen Meßkopf integriert werden, wie in Fig. 1 gezeigt, kann eine Winkelabhängigkeit der Signalstrecken dadurch er­ zielt werde, daß die Ultraschalltransceiver in unterschiedlichen Raumwinke ausstrahlen und empfangen. Eine zuletzt genannte Anordnung ist z. B. in der DE 100 30 738 C1 in Fig. 1 gezeigt.

Die Anordnung von Deichselreflektor und Anhängerreflektor muß derart erfolgen, daß der Deichselreflektor den Anhängerreflektor in Bezug auf die Sendeimpulse nicht akustisch ab­ deckt. Da die Sendeimpulse der Ultraschallransceiver in Form von räumlichen, akustischen Wellen, sogenannten Senderkeulen, ausgesandt werden, kann diese Bedingung z. B. dadurch erfüllt werden, daß Deichselreflektor und Anhängerreflektor in unterschiedlichen Höhen über der Fahrbahn angebracht werden. Ist diese Bedingung erfüllt, können zu einem Sendeimpuls pro Ultraschallreceiver jeweils zwei Echosignale, ein Echosignal vom Deichselreflektor und ein Echosignal vom Anhängerreflektor, empfangen werden. Es ist dadurch mit Vorteil mög­ lich, mit einem Paar von Ultraschalltransceivern sowohl die Winkellage des Deichselreflek­ tors als auch die Winkellage des Anhängerreflektors zu messen und zu berechnen.

Sofern Deichselreflektor und Anhängerreflektor mit ihrer Längsausdehnung jeweils in einem rechten Winkel zur Deichsellängsachse 13 erstererseits und zur Anhängerlängsachse zweiter­ seits am Anhänger angebracht sind, treten Knickwinkel α, zugmaschinenbezogener Deich­ selwinkel ϕ und anhängerbezogener Deichselwinkel ψ, jeweils im Schnittpunkt der gedachten Verlängerungslinien der Deichselreflektorlängsausdehnung, der Anhängerreflektorlängsaus­ dehnung und der Grundlinie der beiden Ultraschalltransceivern in der in Fig. 2 gezeigten Weise auf. Der Knickwinkel α ergibt sich hierbei als Summe der beiden Deichselwinkel ϕ und ψ. Man erkennt, daß bei einer Winkeländerung eines der Winkel, sich die akustischen Längen der Signalstrecken 15a, 15b winkelabhängig ändern. Die Laufzeitdifferenz zwischen den Signalstrecken des ersten Ultraschalltransceiver 6a und des zweiten Ultraschalltranscei­ ver 6b zum Deichselreflektor einerseits und zum Anhängerreflektor andererseits enthalten die die Information über die Winkelorientierung von Deichselreflektor und Anhängerreflektor in Bezug auf die Grundlinie der beiden Ultraschalltransceiver und, da die Reflektoren jeweils fest mit der Deichsel bzw. mit dem Anhängeraufbau verbunden sind, damit auch die Infor­ mation über den Knickwinkel α und die beiden Deichselwinkel ϕ und ψ.

Fig. 3 verdeutlicht den zeitlichen Zusammenhang zwischen Sendeimpuls, Echo des Deichsel­ reflektors und Echo des Anhängerreflektors. Die Abstände der Reflektoren von dem Ultra­ schalltransceiver müßen groß genug gewählt werden, damit das frühest mögliche Echo erst nach der Totzeit des Ultraschalltransceivers am Ultraschalltransceiver auftritt. Der Abstand des Deichselreflektors zum Anhängerreflektor muß groß genug genug gewählt werden, daß eine zeitliche Trennung in Bezug auf die zeitliche Ausdehnung der Echosignale zuverlässig möglich ist. Die Abmessungen von Zugmaschine, Anhänger und Deichsel sind in Relation zu dem Auflösungsvermögen bekannter Ultraschalltransceiver groß genug, so daß sich die in Fig. 3 gezeigten Zusammenhänge durch eine Anordnung mit genügend großen Abständen zwischen den beiden Reflektoren und zu den Ultraschalltransceivern erzielen lassen.

Claims (7)

1. Anordnung zur Bestimmung des Knickwinkels (α) und des Deichselwinkels (ϕ) zwi­ schen einer Zugmaschine (1) und einem gelenkten Anhänger (2) mit:
zwei Ultraschalltransceivern (6a, 6b), die an der Zugmaschine (1) angebracht sind und jeweils mit einem bestimmten Richtungswinkel in Richtung des Anhängers (2) Ultra­ schallsignale senden,
mit mindestens einem ersten passiven Deichselreflektor (9), der an der Anhängerdeich­ sel (4) angebracht ist, und mindestens einem zweiten passiven Anhängerreflektor (10), der an der, der Zugmaschine zugewandten, Bordwand des Anhängers (2) angebracht ist, wobei beide Reflektoren zumindest einen Anteil des jeweils von den Ultraschalltranscei­ vern (6a, 6b) ausgesandten Ultraschallsignals unabhängig vom Einfallswinkel wieder an den jeweiligen Ultraschalltransceiver zurückreflektieren
und mit einem Bordrechner (8), der über mindestens eine Datenleitung (7) mit den Ultraschalltransceivern (6a, 6b) verbunden ist, und in dem mittels Laufzeitdiskriminie­ rung der Echosignale des Deichselreflektors (9) der Deichselwinkel (ϕ) und mittels Lauf­ zeitdiskriminierung der Echosignale des Anhängerreflektors (10) der Knickwinkel (α) bestimmt wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, bei der die beiden Ultraschalltransceiver (6a, 6b) in einem Meßkopf integriert sind.

3. Anordnung nach Anspruch 1, bei der die beiden Ultraschalltransceiver (6a, 6b) in getrennt voneinander beabstandeten Meßköpfen angeordnet sind.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der der Bordrechner mit einer graphi­ schen Anzeigevorrichtung (14) verbunden ist, auf der die mit dem Bordrechner ermittelten Werte für den Deichselwinkel (ϕ) und den Knickwinkel (α) sowie für den Abstand der Deichselöse von der Anhängerkupplung (5) graphisch dargestellt werden.

5. Anordnung nach Anspruch 5, bei der die Anzeigevorrichtung (14) ein LED-Display ist.

6. Verwendung der Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 als Rangierhilfe für die Rückwärtsfahrt von Gliederzügen aus Zugmaschine und Anhänger.

7. Verwendung der Anordnung nach einem der Ansprüche 4 oder 5 als Einkuppelhilfe für Gliederzüge mit gelenktem Anhänger.