DE102004009465A1 - Steuerungssystem für ein Gespann - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Steuerungssystem (1) für ein Gespann (3) aus Zugfahrzeug (4) und Anhänger (5), mit einem elektronisch ansteuerbaren Antriebsstrang (2). Über eine zugfahrzeugfeste manuelle Bedieneinrichtung (13) ist vom Fahrzeugführer für einen manuellen Betrieb des Gespanns (3) ein Fahrwunsch (FW) eingebbar, aus dem ein standardisierter Bewegungsvektor (BV) generiert wird. Eine zugfahrzeugfeste Steuereinrichtung (19) generiert aus einem eingangsseitigen Bewegungsvektor (BV) ausgangsseitig Steuersignale (SS) zum Ansteuern des Antriebsstrangs (2) und ist zur Übertragung der Steuersignale (SS) mit dem Antriebsstrang (2) gekoppelt, der die Steuersignale (SS) zur Umsetzung des Fahrwunsches (FW) abarbeitet. Zur Verbesserung der Funktionalität des Steuerungssystems (1) ist eine zugfahrzeugfeste Hängerkoordinationseinrichtung (20) vorgesehen, über die zumindest ein eingangsseitiger hängerspezifischer Istwert (IW) einlesbar ist und die den Istwert (IW) an die Steuereinrichtung (19) weiterleitet, wobei die Steuereinrichtung (19) die Steuersignale (SS) in Abhängigkeit des wenigstens einen hängerspezifischen Istwerts (IW) generiert.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Steuerungssystem für ein Gespann aus Zugfahrzeug und Anhänger, mit einem elektronisch ansteuerbaren Antriebsstrang, der zumindest eine Lenkungsanlage, eine Bremsanlage und ein Antriebsaggregat umfasst gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
- Aus der
DE 100 32 179 A1 ist ein Fahrzeugsteuerungssystem bekannt, bei dem das Fahrzeug ebenfalls mit einem elektronisch ansteuerbaren Antriebsstrang ausgestattet ist, der wenigstens eine Lenkungsanlage, eine Bremsanlage sowie ein Antriebsaggregat umfasst. Dabei definiert eine im Fahrzeug fest installierte Bedieneinrichtung eine Eingabeebene, über die ein Fahrzeugführer einen Fahrwunsch eingeben kann und die aus dem Fahrwunsch einen standardisierten Bewegungsvektor generiert. Eine Steuereinrichtung definiert eine Koordinationsebene, die aus dem eingangsseitigen Bewegungsvektor ausgangsseitig Steuersignale zum Ansteuern des Antriebsstrangs generiert. Die Steuereinrichtung ist dabei zur Übertragung der Steuersignale mit dem Antriebsstrang gekoppelt, der dann die Steuersignale zur Umsetzung des Fahrwunsches abarbeitet. Das bekannte Steuerungssystem zeichnet sich durch eine hohe Variabilität aus, da besonders einfach unterschiedlich gestaltete Eingangsebenen und unterschiedlich gestaltete Koordinationsebenen miteinander kombiniert werden können, sofern die Umsetzung des Fahrwunsches in die Steuersignale stets über die standardisierten Bewegungsvektoren erfolgt. - Bei Nutzfahrzeugen, wie z. B. Lastkraftwagen ist zum Rangieren, vorzugsweise zum Rückwärtsfahren, ein Einweiser erforderlich, um eine Kollisionsgefahr zwischen dem Fahrzeug und einem Hindernis zu reduzieren. Darüber hinaus gestaltet sich das Rangieren und vor allem das Rückwärtsfahren bei einem als Gespann aus Zugfahrzeug und Anhänger gebildeten mehrgliedrigen Fahrzeug aufgrund der gegebenen kinematischen Kopplung zwischen Zugfahrzeug und Anhänger besonders schwierig. Auch hier kann ein Einweiser nützlich sein, um dem Fahrzeugführer das Rangieren zu erleichtern.
- Das Erfordernis eines Einweisers ist jedoch zumindest bei einem Lastkraftwagen aus ökonomischer Sicht extrem störend, da der Lastkraftwagen im Betrieb hauptsächlich seine Transportfunktion erfüllt, in welcher kein Einweiser erforderlich ist. Im Vergleich dazu muss der Lastkraftwagen nur für einen extrem kurzen Abschnitt seiner Betriebszeit rangiert werden. Es besteht daher der Wunsch, den Einweiser einzusparen.
- Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für ein Steuerungssystem der eingangs genannten Art eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die insbesondere das Rangieren des mit dem Steuerungssystem ausgestatteten Gespanns vereinfacht.
- Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
- Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, mit Hilfe einer Hängerkoordinationseinrichtung eine Möglichkeit zum Einlesen oder Eingeben hängerspezifischer Parameter oder Istwerte in das Steuerungssystem zu schaffen, wobei außerdem die Steuereinrichtung so ausgestaltet ist, dass sie aus den zugeführten Bewegungsvektoren die Steuersignale in Abhängigkeit dieser hängerspezifischen Parameter oder Istwerte generiert. Durch die Berücksichtigung der hängerspezifischen Istwerte bei der Ermittlung der Steuersignale können die beim Rangieren, insbesondere beim Rückwärtsfahren, eines Gespanns auftretenden Schwierigkeiten oder Gefahren automatisch reduziert werden.
- Ein hängerspezifischer Istwert, der bei der Ermittlung der Steuersignale berücksichtigt werden kann, ist beispielsweise ein Knickwinkel, der bei einem mittels einer Lenkdeichsel lenkbaren Anhänger zwischen dem Zugfahrzeug und der Lenkdeichsel oder bei einem als Auflieger ausgebildeten Anhänger zwischen dem Zugfahrzeug und dem Auflieger oder bei einem mit einer Starrdeichsel fest verbunden Anhänger zwischen dem Zugfahrzeug und der Starrdeichsel auftritt. Ein weiteres Beispiel für einen hängerspezifischen Istwert ist ein Deichselwinkel, der bei einem mit einer Lenkdeichsel lenkbaren Anhänger zwischen dem Anhänger und der Lenkdeichsel auftritt. Durch die Berücksichtigung des Knickwinkels und/oder des Deichselwinkels kann beispielsweise zur Vermeidung instabiler Zustände die erzielbare Fahrzeuggeschwindigkeit begrenzt werden. Ebenso kann eine Berücksichtigung wenigstens eines der genannten Winkel beim Rückwärtsfahren eine Verkeilung des Gespanns vermeiden.
- Grundsätzlich kann bei einer Weiterbildung die Hängerkoordinationseinrichtung in die Steuereinrichtung hardwaremäßig integriert und/oder softwaremäßig implementiert sein. Der Mehraufwand zur Realisierung des erfindungsgemäßen Steuerungssystems ist auf diese Weise zumindest bei Neufahrzeugen verhält nismäßig gering. Im Unterschied dazu ist es ebenfalls möglich, die Hängerkoordinationseinrichtung separat, insbesondere in einem eigenen Steuergerät, auszugestalten. Diese Bauweise ermöglicht es, Fahrzeuge, die einen ansteuerbaren Antriebsstrang mit Steuereinrichtung aufweisen, mit einem relativ geringen Aufwand nach- bzw. umzurüsten, um die erfindungsgemäße Steuerungseinrichtung zu realisieren. Die Berücksichtigung der hängerspezifischen Istwerte bei der Ermittlung der Steuersignale kann durch eine entsprechende Umprogrammierung der Steuereinrichtung erreicht werden.
- Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann für das Steuerungssystem wenigstens eine gespannunabhängige autonome Bedieneinrichtung vorgesehen sein, über die für einen autonomen Betrieb des Gespanns ein Fahrwunsch eingebbar ist und die aus dem Fahrwunsch einen standardisierten Bewegungsvektor generiert. Auf diese Weise ist das Gespann manuell, also mit einem im Cockpit des Zugfahrzeugs sitzenden Fahrzeugführer, und autonom betreibbar, also unabhängig vom eigentlichen Fahrzeugführer. Eine derartige autonome Bedieneinrichtung kann beispielsweise als Fernbedienung ausgestaltet sein, die es einer Bedienperson ermöglicht, das Gespann aus der Distanz zu bedienen. Auch hierdurch kann insbesondere das Rangieren des Fahrzeugs vereinfacht werden. Eine derartige autonome Bedieneinrichtung kann beispielsweise bei einem automatisierten Inspektionshof oder Betriebshof oder Logistikzentrum für autonom fahrbare Fahrzeuge zur Anwendung kommen.
- Entsprechend einer vorteilhaften Weiterbildung kann eine Lenkungsanlage des Fahrzeugs eine Lenksäule zur mechanischen und/oder hydraulischen Kopplung einer Lenkhandhabe, z. B. Lenkrad oder Joystick, mit lenkbaren Rädern des Fahrzeugs aufweisen, wobei die Lenkungsanlage außerdem einen elektronisch ansteuerbaren Lenkaktuator besitzt, der mit der Lenk säule antriebsverbunden und zumindest beim autonomen Betrieb des Gespanns mit den Steuersignalen der Steuereinrichtung ansteuerbar ist. Mit Hilfe des Lenkaktuators kann ein herkömmliches Zugfahrzeug mit mechanischer und/oder hydraulischer Lenksäule besonders einfach um- bzw. nachgerüstet werden, um das erfindungsgemäße Steuerungssystem zu realisieren. Mit Hilfe dieser Merkmale können somit herkömmliche, ausschließlich manuell betreibbare Fahrzeuge besonders einfach und preiswert zu autonom betreibbaren Fahrzeugen umgebaut werden, wodurch für diese Fahrzeuge insbesondere ein Einsatz in einem speziell für autonom fahrbare Fahrzeuge eingerichteten automatisierten Speditionshof oder Betriebshof oder Logistikzentrum möglich ist.
- Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
- Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
- Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder funktional gleiche oder ähnliche Bauteile beziehen.
- Es zeigen, jeweils schematisch,
-
1 bis3 jeweils eine stark vereinfachte schaltplanartige Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Steuerungssystems bei verschiedenen Ausführungsformen, -
4a bis4c piktogrammartige Drauf sichten auf verschiedene Gespanne aus Zugfahrzeug und Anhänger, die mit dem erfindungsgemäßen Steuerungssystem ausgestattet sein können. - Entsprechend
1 umfasst ein erfindungsgemäßes Steuerungssystem1 , einen Antriebsstrang2 eines in den4a bis4c gezeigten Fahrzeugs, das als Gespann3 ausgestaltet ist und dementsprechend ein Zugfahrzeug4 und einen Anhänger5 aufweist. Der Antriebsstrang2 ist elektronisch ansteuerbar ausgestaltet, so dass das Steuerungssystem1 auch als Drive-by-Wire-System oder als X-by-Wire-System bezeichnet werden kann. - Der Antriebsstrang
2 des Gespanns3 umfasst eine Lenkungsanlage6 , eine Bremsanlage7 sowie ein Antriebsaggregat8 . Des Weiteren kann der Antriebsstrang2 ein elektronisch ansteuerbares Getriebe sowie eine Niveauregulierungseinrichtung sowie weitere Komponenten aufweisen. - Bei der in
1 dargestellten Ausführungsform ist die Lenkungsanlage6 als Steer-by-Wire-System ausgebildet und kommt – zumindest in einem Normalbetrieb – ohne mechanische und/oder hydraulische Kopplung zwischen einer Lenkhandhabe9 , hier ein Lenkrad, und lenkbaren Fahrzeugrädern10 aus. Die Lenkungsanlage6 umfasst hierzu einen Lenkaktuator11 , der – ähnlich einem Servomotor – die jeweils gewünschten Lenkwinkel an den lenkbaren Rädern10 einstellt. - Die Bremsanlage
7 umfasst einen oder mehrere Bremsaktuatoren12 , die bei ihrer Betätigung an bremsbaren Fahrzeugrädern die jeweils gewünschten Bremskräfte einleiten. Das Antriebsaggre gat8 kann einen Elektromotor oder eine elektrisch ansteuerbare Brennkraftmaschine aufweisen. - Das Steuerungssystem
1 umfasst außerdem eine manuelle Bedieneinrichtung13 , die fest am Zugfahrzeug4 angeordnet ist. Während der Antriebsstrang2 eine Ausgabeebene bildet, definiert die manuelle Bedieneinrichtung13 eine Eingabeebene des Steuerungssystems1 . Die manuelle Bedieneinrichtung13 ist in einem Cockpit14 des Zugfahrzeugs4 angeordnet (vergleiche4 ) und umfasst mehrere, vom Fahrzeugführer manuell betätigbare Bedienelemente, wie z. B. das weiter oben genannte Lenkrad9 , ein Bremspedal15 , ein Gaspedal16 und beispielsweise ein Stellglied17 für die Betätigung der Niveauregulierungseinrichtung. Des Weiteren kann die manuelle Bedieneinrichtung13 beispielsweise auch einen Schalthebel für das Getriebe des Zugfahrzeugs4 aufweisen. Die manuelle Bedieneinrichtung13 ist so ausgestaltet, dass der Fahrzeugführer für einen manuellen Betrieb des Gespanns3 einen Fahrwunsch FW über die manuelle Bedieneinrichtung13 in das Steuerungssystem1 eingeben kann. In der manuellen Bedieneinrichtung13 wird dieser Fahrwunsch FW verarbeitet, derart, dass die manuelle Bedieneinrichtung13 aus dem eingangsseitigen Fahrwunsch FW ausgangsseitig einen standardisierten Bewegungsvektor BV generiert. - Das Steuerungssystem
1 ist außerdem mit einer Signal- oder Datenübertragungseinrichtung18 ausgestattet, die vorzugsweise als Bus, insbesondere als CAN-Bus, realisiert ist. Über diese Datenübertragungseinrichtung18 können die einzelnen Komponenten des Steuerungssystems1 miteinander kommunizieren, wozu die entsprechenden Komponenten an die Datenübertragungseinrichtung8 angeschlossen sind. Dementsprechend speist die manuelle Bedieneinrichtung13 die erzeugten Bewegungsvektoren BV in die Datenübertragungseinrichtung18 ein. - Das Steuerungssystem
1 umfasst des Weiteren eine fest am Zugfahrzeug4 installierte Steuereinrichtung19 , die beispielsweise einen Rechner und einen Speicher enthält. Die Steuereinrichtung19 ist so ausgestaltet bzw. programmiert, dass sie aus den eingangsseitigen Bewegungsvektoren BV ausgangsseitig Steuersignale SS generiert. Diese Steuersignale werden dann wieder über die Datenübertragungseinrichtung18 den einzelnen Komponenten des Antriebsstrangs2 zugeführt. Der Antriebsstrang2 kann dann die Steuersignals SS abarbeiten, wodurch letztlich die eingegebenen Fahrwünsche FW umgesetzt werden. Die Steuereinrichtung19 definiert somit eine Koordinationsebene des Steuerungssystems1 . - Erfindungsgemäß ist das Steuerungssystem
1 außerdem mit einer fest am Zugfahrzeug4 angeordneten Hängerkoordinationseinrichtung20 ausgestattet, die auf geeignete Weise mit der Steuereinrichtung19 zusammenwirkt. Die Hängerkoordinationseinrichtung20 ist so ausgestaltet, dass über diese ein oder mehrere eingangsseitige hängerspezifische Istwerte IW in das Steuerungssystem1 einlesbar bzw. eingebbar sind. Über die Datenübertragungseinrichtung18 kann die Hängerkoordinationseinrichtung20 dann die hängerspezifischen Istwerte IW an die Steuereinrichtung19 weiterleiten. Erfindungsgemäß ist die Steuereinrichtung19 so ausgestaltet, dass sie bei der Verarbeitung der Bewegungsvektoren BV die Steuersignale SS in Abhängigkeit der hängerspezifischen Istwerte IW generiert. Gerade beim Rangieren, insbesondere beim Rückwartsfahren, kann dies bei der Ermittlung der Steuersignale SS zu erheblichen Eingriffen führen, da die Kinematik eines mehrgliedrigen Fahrzeugs, also eines Gespanns3 , erheblich komplexer ist als die eines eingliedrigen Fahrzeugs. Durch die Berücksichtigung hängerspezifischer Istwerte IW in den Steuersignalen SS kann der Fahrzeugbetrieb mit einer erhöhten Sicherheit durchgeführt werden. - Zur Ermittlung hängerspezifischer Istwerte IW kann das Steuerungssystem
1 mit einem Knickwinkelsensor21 und/oder mit einem Deichselwinkelsensor22 ausgestattet sein. Der Knickwinkelsensor21 ermittelt einen Knickwinkel α und generiert ein damit korrelierendes Knickwinkelsignal. Über die Datenübertragungseinrichtung18 kann so der Knickwinkel α bzw. das damit korrelierte Signal der Hängerkoordinationseinrichtung20 geführt werden, die den Knickwinkel α als hängerspezifischen Istwert IW in das Steuerungssystem1 einspeist. In entsprechender Weise sensiert der Deichselwinkelsensor22 einen Deichselwinkel β und speist diesen bzw. ein damit korreliertes Deichselwinkelsignal in die Datenübertragungseinrichtung18 ein, wodurch der Deichselwinkel18 zur Hängerkoordinationseinrichtung20 gelangt. Die Hängerkoordinationseinrichtung20 interpretiert den Deichselwinkel β als hängerspezifischen Istwert IW und speist diesen in einer entsprechenden Form oder Kodierung in das Steuerungssystem1 ein. - Entsprechend
4a kann das Gespann3 so aufgebaut sein, dass der Anhänger5 als Auflieger5a ausgestaltet ist. Bei dieser Ausführungsform ist der Knickwinkel α zwischen dem Zugfahrzeug4 und dem Auflieger5a aufgespannt, also zwischen einer Zufahrzeuglängsachse23 und einer Anhängerlängsachse24 , die sich in einer Schwenkachse25 schneiden, in welcher der Auflieger5a relativ zum Zugfahrzeug4 schwenkbar ist. - Bei der Ausführungsform gemäß
4b weist der Anhänger5 bei einer anderen, mit5b bezeichneten Ausführungsform eine Starrdeichsel26 auf, die mit dem Anhänger5b starr verbunden ist. Bei einer derartigen Ausführungsform ist der Anhänger5b in der Regel mit nur einer zentralen Achse oder Doppelachse ausgestattet. Bei dieser Ausführungsform ist der Knickwinkel α wieder zwischen dem Zugfahrzeug4 und dem Anhänger5b , also zwischen Zugfahrzeuglängsachse23 und Anhängerlängsachse24 (die hier mit der Starrdeichsellängsachse zusammenfällt), aufgespannt, wobei die Schwenkachse25 bei dieser Ausführungsform durch den Kopplungspunkt zwischen der Starrdeichsel26 und einer Anhängerkupplung27 des Zugfahrzeugs4 verläuft. - Bei der Ausführungsform gemäß
4c ist der Anhänger5 mit einer Lenkdeichsel28 ausgestattet, mit deren Hilfe der Anhänger5 lenkbar ist. Diese spezielle Ausführungsform des Anhängers5 wird im folgenden mit5c bezeichnet. Die Lenkdeichsel28 ist hierzu vereinfacht dargestellt mit einer dem Zugfahrzeug4 zugewandten lenkbaren Achse29 des Anhängers5c gekoppelt, die um eine Drehachse30 relativ zum Anhänger5c drehbar ist. Bei dieser Ausführungsform ist der Knickwinkel α zwischen dem Zugfahrzeug4 und der Lenkdeichsel28 , also zwischen der Zugfahrzeuglängsachse23 und einer Lenkdeichsellängsachse31 aufgespannt, wobei sich die Deichsellängsachse durch die Schwenkachse25 und durch die Drehachse30 erstreckt. Im Unterschied dazu ist der Deichselwinkel β zwischen der Deichsel28 und dem Anhänger5c , also zwischen der Lenkdeichsellängsachse31 und der Anhängerlängsachse24 aufgespannt. - Entsprechend
1 kann das erfindungsgemäße Steuerungssystem mit einer hängerfesten Hängersteuereinrichtung32 ausgestattet sein, die es ebenfalls ermöglicht, hängerspezifische Istwerte, wie z. B. Knickwinkel α und/oder Deichselwinkel β in das Steuerungssystem1 einzulesen und der Hängerkoordinationseinrichtung20 zuzuleiten. Die Hängersteuereinrichtung32 kann weitere Funktionen beinhalten, beispielsweise kann die Hängersteuereinrichtung32 eine hängerseitige Bremsanlage33 ansteuern. Ebenso ist es möglich, dass die Hängersteuereinrichtung32 eine Stützbetätigungseinrichtung34 ansteuert, die ein automatisches Ausfahren und Einfahren von hier nicht dargestellten Stützen zum Abstellen des Anhängers5 ermöglicht. Die Stützenbetätigungseinrichtung34 kann dabei über die manuelle Bedieneinrichtung13 angesteuert werden, wobei entsprechende Steuerbefehle zweckmäßig ebenfalls in den Bewegungsvektor BV eingearbeitet werden können. - Der hängerfeste Deichselwinkelsensor
22 ist zweckmäßig mit der Hängersteuereinrichtung32 gekoppelt. Der Knickwinkelsensor21 kann entsprechend der in1 gezeigten Ausführungsform zugfahrzeugseitig montiert und dann zweckmäßig mit der Hängerkoordinationseinrichtung20 verbunden sein. - Im Unterschied dazu ist es grundsätzlich auch möglich, den Deichselwinkelsensor
22 direkt an die Hängerkoordinationseinrichtung20 anzuschließen (vergleiche2 ) und/oder den Knickwinkelsensor (21 ) direkt an die Hängersteuereinrichtung32 anzuschließen (vergleiche3 ). - Entsprechend
1 kann das Steuerungssystem1 außerdem mit einer Rückfahrassistiereinrichtung35 ausgestattet sein, die zugfahrzeugfest angeordnet ist. Die Rückfahrassistiereinrichtung35 wird beim Rückwärtsfahren des Gespanns3 aktiv und transformiert dann den eingangsseitigen Bewegungsvektor BV in einen ausgangsseitigen modifizierten Rückfahr-Bewegungsvektor BV'. Auf diese Weise erhält und verarbeitet die Steuereinrichtung19 dann den modifizierten Rückfahr-Bewegungsvektor BV' und ermittelt daraus die Steuersignale SS, die in der Folge an die jeweilige Rückwärtsfahrsituation adaptiert sind. Die Rückfahrassistiereinrichtung35 berücksichtigt beim Transformieren des Bewegungsvektors BV die hängerspezifischen Istwerte IW, die dem Steuerungssystem1 über die Hängerkoordinationseinrichtung20 zur Verfügung gestellt sind. - Beispielsweise kann die Rückfahrassistiereinrichtung
35 so ausgestaltet sein, dass sie es beim Rückwärtsfahren des Gespanns3 ermöglicht, die Fahrwünsche genauso einzugeben, als würde es sich beim Fahrzeug nicht um ein Gespann3 , sondern um ein frontgelenktes eingliedriges Fahrzeug handeln. Auf diese Weise kann der Fahrzeugführer oder eine beliebige andere Bedienperson das Gespann3 in gewissen Grenzen quasi genauso einfach rangieren wie einen herkömmlichen Personenkraftwagen. Zu diesem Zweck berücksichtigt die Rückfahrassistiereinrichtung35 mit Hilfe der zugeführten hängerspezifischen Istwerte IW, wie z.B. Knickwinkel α und Deichselwinkel β, die komplexe Kinematik des Gespanns3 und vereinfacht dadurch den Rangierbetrieb erheblich. - Gemäß
1 kann das Steuerungssystem1 außerdem mit wenigstens einer gespannunabhängigen autonomen Bedieneinrichtung36 ausgestattet sein. Bei der hier gezeigten bevorzugten Variante kommuniziert die autonome Bedieneinrichtung36 drahtlos mit den übrigen Komponenten des Steuerungssystems1 . Hierzu ist eine geeignete Sender-Empfänger-Anordnung37 vorgesehen, die eine der autonomen Bedieneinrichtung36 zugeordnete Sender-Empfänger-Einheit38 sowie eine an die Datenübertragungseinrichtung18 angeschlossene Sender-Empfänger-Einheit39 aufweist. Beispielsweise kommunizieren die Sender-Empfänger-Einheiten38 ,39 mittels Funk- und Infrarotsignalen. - Die autonome Bedieneinrichtung
36 kann grundsätzlich dieselben Bedienelemente wie die Fahrzeugfeste manuelle Bedieneinrichtung13 umfassen, jedoch in entsprechend adaptierter Form. Dementsprechend besitzt die autonome Bedieneinrichtung36 z. B. nicht näher dargestellte Bedienelemente zum Bremsen, zum Beschleunigen, zum Lenken und insbesondere zum Schalten und Niveauregulieren des Gespanns3 . - Wie die fahrzeugfeste manuelle Bedieneinrichtung
13 ist auch jede gespannunabhängige autonome Bedieneinrichtung36 so ausgestaltet, dass darüber für einen autonomen Betrieb des Gespanns3 ein Fahrwunsch FW in das Steuerungssystem1 eingebbar ist, wobei die autonome Bedieneinrichtung36 dann aus diesem Fahrwunsch FW einen standardisierten Bewegungsvektor BV generiert. Die Steuereinrichtung19 verarbeitet somit im manuellen Betrieb des Gespanns3 die Bewegungsvektoren BV der manuellen Bedieneinrichtung13 und im autonomen Betrieb des Gespanns3 die Bewegungsvektoren BV der autonomen Bedieneinrichtung36 . - In einem einfachen Fall bildet die autonome Bedieneinrichtung
36 eine tragbare Fernbedienung für das Gespann3 , mit deren Hilfe der Fahrzeugführer oder eine andere Bedienperson das Gespann3 rangieren kann, ohne sich dabei im Cockpit14 aufhalten zu müssen. Dies kann beispielsweise beim Rückwärtsfahren zum Anfahren einer Verladerampe oder dergleichen von Vorteil sein. - Eine andere Ausführungsform einer solchen autonomen Bedieneinrichtung
36 kann einen Bahnrechner40 aufweisen. Ein derartiger Bahnrechner40 ist so ausgestaltet, dass er aus eingangsseitigen Istwerten und Sollwerten für eine Lage und Position des Zugfahrzeugs4 und des Anhängers5 eine Bewegungsbahn berechnet, die aus einer Abfolge von Bewegungsvektoren BV besteht. Die Bewegungsvektoren BV dieser Bewegungsbahn können von der Steuereinrichtung19 in Steuersignale SS umgesetzt und vom Antriebsstrang2 abgearbeitet werden, mit der Folge, dass dann das Gespann3 von seiner Istlage und Istposition automatisch in die gewünschte Solllage und Sollpositi on überführt wird. Beispielsweise definieren die Solllage und Sollposition eine optimale Relativlage des Gespanns3 bezüglich einer vorbestimmten Verladestation. Die Istwerte für Lage und Position des Gespanns3 können beispielsweise mit einer hier nicht dargestellten Lage- und Positionsbestimmungseinrichtung ermittelt und dem Bahnrechner40 zur Verfügung gestellt werden. Eine derartige Lage- und Positionsbestimmungseinrichtung kann beispielsweise in das Gespann3 integriert sein und beispielsweise wenigstens einen auslesbaren Kompass sowie eine satellitengestützte Navigationseinrichtung umfassen. Alternativ zu einer solchen internen Lage- und Positionsbestimmungseinrichtung kann auch eine externe Einrichtung vorgesehen sein, die beispielsweise mit Bildverarbeitung oder nach dem Sonar- oder Radarprinzip arbeitet. Eine solche externe Lage- und Positionsbestimmungseinrichtung kann beispielsweise das Gelände eines automatisierten Speditionshofs oder Betriebshofs oder Logistikzentrums überwachen, in dem das Gespann3 autonom betrieben werden kann und in dem zumindest eine vorbestimmte Solllage und Sollposition für den Anhänger5 bzw. für das Zugfahrzeug4 , z. B. in Form eines Parkplatzes oder einer Verladestation, vorgesehen ist. Vorzugsweise bilden dann die autonome Bedieneinrichtung36 und der Bahnrechner40 jeweils einen Bestandteil dieses automatisierten Speditionshofs oder Betriebshofs oder Logistikzentrums. Auf diese Weise kann das Gespann3 grundsätzlich ohne Fahrzeugführer auf dem Gelände der genannten Anlage autonom und ferngesteuert betrieben werden. - Die Steuereinrichtung
19 ist zweckmäßig so ausgestaltet, dass sie erkennt, ob die eingangsseitigen Bewegungsvektoren BV von der manuellen Bedieneinrichtung13 oder von einer autonomen Bedieneinrichtung36 stammen. Zweckmäßig ist die Steuereinrichtung19 so ausgestaltet, dass sie beim autonomen Betrieb des Gespanns3 dessen Maximalgeschwindigkeit auf einen reduzierten Wert, z. B. Schrittgeschwindigkeit, begrenzt. - Desweiteren ist es grundsätzlich möglich, dass das Gespann
3 über die autonome Bedieneinrichtung36 , z. B. innerhalb eines Logistikzentrums, autonom betrieben wird, während sich der Fahrzeugführer noch im Cockpit14 aufhält. Der Fahrzeugführer könnte dadurch willkürlich oder unwillkürlich über die manuelle Bedieneinrichtung13 in den autonomen Betrieb des Gespanns3 eingreifen. Die Steuereinrichtung19 ist zweckmäßig so ausgestaltet, dass sie zum einen im autonomen Betrieb des Gespanns3 auch Bewegungsvektoren BV der manuellen Bedieneinrichtung13 zulässt und im Falle einer Kollision von Bewegungsvektoren BV der manuellen Bedieneinrichtung13 mit Bewegungsvektoren BV der autonomen Bedieneinrichtung36 nach vorbestimmten Kriterien entscheidet, welche Bewegungsvektoren BV tatsächlich ganz oder teilweise berücksichtigt und in Steuersignale SS umgesetzt werden. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung19 so ausgelegt sein, dass sie Lenkbefehle und Beschleunigungsbefehle der autonomen Bedieneinrichtung36 priorisiert, während sie Bremsbefehle der manuellen Bedieneinrichtung13 priorisiert. Das bedeutet, dass im autonomen Betrieb des Gespanns3 eine Betätigung des Lenkrads9 und des Gaspedals16 der manuellen Bedieneinrichtung13 wirkungslos bleiben, so dass der Fahrzeugführer nur noch mit dem Bremspedal15 in den Fahrbetrieb des Gespanns3 eingreifen kann. Die Priorisierung kollidierender Bewegungsvektoren BV kann grundsätzlich auch nach einer anderen Sicherheitsphilosophie ausgelegt werden. Beispielsweise können im autonomen Betrieb Bewegungsvektoren BV der manuellen Bedieneinrichtung13 vollständig ignoriert werden. - Während bei den Ausführungsformen der
1 und3 die Lenkungsanlage6 als Steer-by-Wire-System ausgelegt ist, zeigt2 eine Ausführungsform, bei welcher die Lenkungsanlage6 eine mechanische und/oder hydraulische Zwangskopplung zwischen dem Lenkrad9 und den lenkbaren Rädern10 aufweist, und zwar in Form einer Lenksäule41 . Zur Realisierung des erfindungsgemäßen Steuerungssystems1 ist diese an sich mechanische und/oder hydraulische Lenkung zusätzlich mit dem elektronisch ansteuerbaren Lenkaktuator11 ausgestattet, der bei dieser Ausführungsform mit der Lenksäule41 antriebsverbunden ist. Auf diese Weise kann die an sich herkömmlich Fahrzeuglenkung über Lenkrad9 , Lenksäule41 und lenkbare Räder10 mit Hilfe der Steuersignale SS betätigt werden, indem der Lenkaktuator11 in geeigneter Weise die Lenksäule41 antreibt. Bei dieser Ausführungsform ist es somit grundsätzlich möglich, bei einem Zugfahrzeug4 das eine herkömmliche Lenkung aufweist, durch die Anbringung eines derartigen Lenkaktuators11 das erfindungsgemäße Steuerungssystem1 zu realisieren. Beispielsweise können so herkömmliche Fahrzeuge mit ansteuerbarem Antriebsstrang2 für den Betrieb in einem Logistikzentrum der oben beschriebenen Art nachgerüstet werden. - Die in
2 gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von der Variante gemäß1 außerdem dadurch, dass die Rückfahrassistiereinrichtung35 in die Steuereinrichtung19 hardwaremäßig integriert bzw. softwaremäßig implementiert ist. -
3 zeigt eine weitere Variante, die sich von denjenigen der1 und2 dadurch unterscheidet, dass die Hängerkoordinationseinrichtung20 in die Steuereinrichtung19 hardwaremäßig integriert bzw. softwaremäßig implementiert ist. Es ist klar, dass bei einer Variante der Ausführungsform gemäß3 die Rückfahrassistiereinrichtung35 bezüglich der Steuereinrichtung19 auch extern angeordnet sein kann, wie bei der Ausführungsform gemäß1 .
Claims (18)
- Steuerungssystem für ein Gespann (
3 ) aus Zugfahrzeug (4 ) und Anhänger (5 ) – mit einem elektronisch ansteuerbaren Antriebsstrang (2 ), der zumindest eine Lenkungsanlage (6 ), eine Bremsanlage (7 ) und ein Antriebsaggregat (8 ) umfasst, – wobei eine zugfahrzeugfeste manuelle Bedieneinrichtung (13 ) vorgesehen ist, über die vom Fahrzeugführer für einen manuellen Betrieb des Gespanns (3 ) ein Fahrwunsch (FW) eingebbar ist und die aus dem Fahrwunsch (FW) einen standardisierten Bewegungsvektor (BV) generiert, – wobei eine zugfahrzeugfeste Steuereinrichtung (19 ) vorgesehen ist, die aus einem eingangsseitigen Bewegungsvektor (BV) ausgangsseitig Steuersignale (SS) zum Ansteuern des Antriebsstrangs (2 ) generiert und die zur Übertragung der Steuersignale (SS) mit dem Antriebsstrang (2 ) gekoppelt ist, der die Steuersignale (SS) zur Umsetzung des Fahrwunsches (FW) abarbeitet, dadurch gekennzeichnet, – dass eine zugfahrzeugfeste Hängerkoordinationseinrichtung (20 ) vorgesehen ist, über die zumindest ein eingangsseitiger hängerspezifischer Istwert (IW) einlesbar ist und die den Istwert (IW) an die Steuereinrichtung (19 ) weiterleitet, – dass die Steuereinrichtung (19 ) die Steuersignale (SS) in Abhängigkeit des wenigstens einen hängerspezifischen Istwerts (IW) generiert. - Steuerungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, – dass ein Knickwinkelsensor (
21 ) vorgesehen ist, der als hängerspezifischen Istwert (IW) einen aktuell zwischen dem Zugfahrzeug (4 ) und einer Lenkdeichsel (28 ) eines mit der Lenkdeichsel (28 ) lenkbaren Anhängers (5c ) oder einem als Auflieger (5a ) ausgebildeten Anhänger oder einem starr mit einer Stardeichsel (26 ) verbundenen Anhänger (5b ) vorliegenden Knickwinkel (α) sensiert und ein damit korreliertes Knickwinkelsignal generiert, – dass der Knickwinkelsensor (21 ) zugfahrzeugfest oder hängerfest angeordnet ist. - Steuerungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein hängerfester Deichselwinkelsensor (
22 ) vorgesehen ist, der als hängerspezifischen Istwert (IW) einen aktuell zwischen einer Deichsel (26 ;28 ) und dem Anhänger (5 ) vorliegenden Deichselwinkel (β) sensiert und ein damit korreliertes Deichselwinkelsignal generiert. - Steuerungssystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Knickwinkelsensor (
21 ) und/oder der Deichselwinkelsensor (22 ) zur Übertragung des Knickwinkelsignals bzw. des Deichselwinkelsignals mit der Hängerkoordinationseinrichtung (20 ) gekoppelt ist/sind. - Steuerungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine hängerfeste Hängersteuerungseinrichtung (
32 ) vorgesehen ist, über die eingangsseitig zumindest ein hängerspezifischer Istwert (IW) erfassbar ist und die den Istwert IW an die Hängerkoordinationseinrichtung (20 ) weiterleitet. - Steuerungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Knickwinkelsensor (
21 ) und der Deichselwinkelsensor (22 ) zur Übertragung des Knickwinkelsignals bzw. des Deichselwinkelsignals mit der Hängersteuereinrichtung (32 ) gekoppelt ist/sind. - Steuerungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hängerkoordinationseinrichtung (
20 ) in die Steuereinrichtung (19 ) hardwaremäßig integriert und/oder softwaremäßig implementiert ist. - Steuerungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine zugfahrzeugfeste Rückfahrassistiereinrichtung (
35 ) vorgesehen ist, die beim Rückwärtsfahren des Gespanns (3 ) in Abhängigkeit des wenigstens einen hängerspezifischen Istwerts (IW) der Hängerkoordinationseinrichtung (20 ) einen eingangsseitigen Bewegungsvektor (BV) in einen ausgangsseitigen Rückfahr-Bewegungsvektor (BV') transformiert und der Steuereinrichtung (19 ) bereitstellt. - Steuerungssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückfahrassistiereinrichtung (
35 ) so ausgebildet ist, dass sie es beim Rückwärtsfahren des Gespanns (3 ) ermöglicht, die Fahrwünsche (FW) wie beim Rückwärtsfahren eines frontgelenkten eingliedrigen Fahrzeugs einzugeben. - Steuerungssystem nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückfahrassistiereinrichtung (
35 ) in die Steuereinrichtung (19 ) hardwaremäßig integriert und/oder softwaremäßig implementiert ist. - Steuerungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine gespannunabhängige autonome Bedieneinrichtung (
36 ) vorgesehen ist, über die für einen autonomen Betrieb des Gespanns (3 ) ein Fahrwunsch (FW) eingebbar ist und die aus dem Fahrwunsch (FW) einen standardisierten Bewegungsvektor (BV) generiert. - Steuerungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkungsanlage (
6 ) als Steer-by-Wire-System ausgestaltet ist. - Lenkungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, – dass die Lenkungsanlage (
6 ) eine Längssäule (41 ) zur mechanischen und/oder hydraulischen Kopplung einer Lenkhandhabe (9 ) mit lenkbaren Rädern (10 ) des Zugfahrzeugs (4 ) aufweist, – dass die Lenkungsanlage (6 ) außerdem einen elektronisch ansteuerbaren Lenkaktuator (11 ) aufweist, der mit der Lenksäule (41 ) antriebsverbunden und zumindest beim autonomen Betrieb des Gespanns (3 ) mit den Steuersignalen (SS) der Steuereinrichtung (19 ) ansteuerbar ist. - Steuerungssystem zumindest nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine autonome Bedieneinrichtung (
36 ) einen Bahnrechner (40 ) aufweist, der aus eingangsseitigen Istwerten und Sollwerten für die Lage und Position von Zugfahrzeug (4 ) und Anhänger (5 ) eine Bewegungsbahn berechnet, die aus einer Abfolge von Bewegungsvektoren (BV) besteht, die das Gespann (3 ) von der Istlage und der Istposition in die Solllage und Sollposition überführen, wenn die Bewegungsvektoren (BV) der Bewegungsbahn abgearbeitet werden. - Lenkungssystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass diese autonome Bedieneinrichtung (
36 ) und/oder der Bahnrechner (40 ) jeweils ein Bestandteil eines automatisierten Speditionshofs oder Betriebshofs oder Logistikzentrums für autonom fahrbare Fahrzeuge ist/sind. - Steuerungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (
19 ) und die autonome Bedieneinrichtung (36 ) für eine drahtlose Kommunikation ausgebildet sind. - Steuerungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (
19 ) beim autonomen Betrieb die Maximalgeschwindigkeit des Gespanns (3 ) auf einen reduzierten Wert gegrenzt. - Steuerungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (
19 ) im autonomen Betrieb Bewegungsvektoren (BV) der manuellen Bedieneinrichtung (13 ) zulässt und bei einer Kollision von Bewegungsvektoren (BV) der manuellen Bedieneinrichtung (13 ) mit Bewegungsvektoren (BV) der autonomen Bedieneinrichtung (36 ) Lenkbefehle und Beschleunigungsbefehle der autonomen Bedieneinrichtung (36 ) und Bremsbefehle der manuellen Bedieneinrichtung (13 ) priorisiert.
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