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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung
zum Schutz eines Fahrzeuggespanns umfassend ein Zugfahrzeug sowie mindestens
einen Anhänger
vor gegenseitiger Beschädigung
beim Einlenken.
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Aus
der
DE 101 54 612 ist
eine Vorrichtung zum Lenken eines Zugfahrzeuges mit einem Anhänger bei
Rückwärtsfahrt
bekannt, bei der eine elektronische Steuereinheit Korrekturen für den Lenkeinschlag
der lenkbaren Räder
des Zugfahrzeuges in Abhängigkeit
vom Winkel zwischen der Längsachse des
Zugfahrzeuges und der Längsachse
des Anhängers
oder der Anhängerdeichsel
vorgibt. Der Winkel wird aus den Signalen zumindest zweier Abstandssensoren,
die am Zugfahrzeug und/oder am Anhänger angeordnet sind und die
den jeweiligen Abstand zwischen dem Zugfahrzeug und dem Anhänger oder der
Deichsel ermitteln, bestimmt. Die Korrektur für den Lenkeinschlag wird dem
Fahrzeugführer
angezeigt oder direkt in ein geeignetes Lenksystem des Zugfahrzeuges,
welches den Lenkeinschlag der lenkbaren Räder unabhängig von oder zusätzlich zu den
Vorgaben des Fahrzeugführers
beeinflusst, eingespeist. Die Abstandssensoren arbeiten bevorzugt auf
Ultraschallbasis oder Radarbasis und werden im Zugbetrieb bei Vorwärtsfahrt
des Zugfahrzeuges kalibriert.
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Probleme des Standes der
Technik
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Durch
ungeschicktes Rückwärtsfahren
eines Gespanns, bestehend aus einem Zugfahrzeug und einem Anhänger, kann
der Winkel an der gelenkigen Verbindung zwischen Zugfahrzeug und
Anhänger
so klein werden, dass Teile von Fahrzeug und Anhänger sich berühren und
gegenseitig beschädigen.
Die aus dem Stand der Technik bekannte Lösung kann zwar den Fahrer vor
diesem Fahrzustand warnen, benötigt aber
zur Verhinderung von Beschädigungen
ein Fahrzeug, dessen Lenkung durch das Steuergerät beeinflusst werden kann.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung und ein
Verfahren anzugeben, bei dem eine Beschädigung von Zugfahrzeug und
Anhänger
auch ohne automatisch ansteuerbare Lenkung realisiert werden kann.
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Vorteile der
Erfindung
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Dieses
Problem wird durch ein Verfahren sowie eine Vorrichtung nach einem
der unabhängigen Ansprüche gelöst. Das
Problem wird insbesondere gelöst
durch ein Verfahren zum Schutz eines Fahrzeuggespanns umfassend
ein Zugfahrzeug sowie mindestens einen Anhänger vor gegenseitiger Beschädigung beim
Einlenken, wobei das Zugfahrzeug und/oder der Anhänger ein
Mittel umfasst, über
das eine den Winkel zwischen Zugfahrzeug und Anhänger repräsentierende Größe ermittelt
werden kann, weiter umfassend ein Steuergerät zur Steuerung einer Bremseinrichtung,
wobei die Bremseinrichtung des Fahrzeuges und/oder des Anhängers bei Überschreiten
eines Maximalwertes des Winkels zwischen Zugfahrzeug und Anhänger bzw.
bei Überschreiten
oder Unterschreiten eines Grenzwertes der den Winkel (α) zwischen
Zugfahrzeug (1) und Anhänger
(2) repräsentierenden
Größe fahrerunabhängig durch
das Steuergerät
betätigt
wird. Fahrerunabhängig
bedeutet, dass der Eingriff automatisch z.B. durch das Steuergerät ohne eine
Bremsbetätigung
durch den Fahrer erfolgt. Das Mittel, über das eine den Winkel zwischen
Zugfahrzeug und Anhänger
repräsentierende
Größe ermittelt
werden kann, ist vorzugsweise mindestens ein Abstandssensor, kann
aber auch ein oder mehrere mechanische Kontakte an Karosserie des
Zugfahrzeuges oder Anhänger
oder ein an Anhängekupplung
oder Deichsel angeordneter Winkelgeber sein. Bei Nutzung eines oder
mehrere Abstandssensoren ist die den Winkel zwischen Zugfahrzeug
und Anhänger
repräsentierende
Größe ein durch
den oder die Abstandssensoren gemessener Wert, beispielsweise der
Abstand zwischen Abstandssensor und einem Gegenstand (z.B. der Karosserie
des Anhängers),
der z.B. als analoges oder digitales elektrisches Signal vorliegt.
Bei einem mechanischen Kontakt ist diese Größe beispielsweise ein elektrisches
Signal bei Betätigung
eines Kontaktschalters, bei einem Winkelgeber z.B. ein elektrisches
Signal. Durch Auswertung der Sensorsignale des Abstandssensors,
der mechanischen Kontakte oder des Winkelgebers kann durch eine
Berechnung der Geometrieverhältnisse
auf den geringsten Abstand bzw. den Winkel zwischen Zugfahrzeug
und Anhänger
geschlossen werden und eine automatische Ansteuerung der Bremse
erfolgen. Die automatische Ansteuerung erfolgt durch ein Steuergerät, das zum
Einen die Sensorsignale auswertet und zum Anderen die Betriebsbremse
und/oder die Feststellbremse bzw. Parksperre kontrolliert und betätigt. Diese
verhindert, dass ein Mindestabstand oder Mindestwinkel zwischen
Zugfahrzeug und Anhänger
unterschritten wird und eine Beschädigung stattfindet. Vorzugsweise
wird das Fahrzeuggespann dabei bis zum Stillstand gebremst. Das
Gespann wird also angehalten und kann nur durch einen entsprechenden Eingriff
des Fahrers, z.B. durch Übergang
in die Vorwärtsfahrt,
wieder in Bewegung gesetzt werden. Das Zugfahrzeug kann ein PKW,
LKW, Traktor oder dergleichen sein. Der oder die Abstandssensoren
können
bei Geradeausfahrt kalibriert werden.
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Vorzugsweise
ist vorgesehen, dass das Verfahren bei Unterschreiten einer Mindestgeschwindigkeit
aktiviert wird. Unter Aktivierung wird dabei verstanden, dass z.B.
ein in einem Steuergerät
abgelegtes Computerprogramm, dass das erfindungsgemäße Verfahren
ausführen
kann, gestartet wird. Ebenso kann vorgesehen sein, dass das Verfahren
mit Wahl einer Fahrtstufe für
Rückwärtsfahrt
aktiviert wird, beispielsweise durch Einlegen des Rückwärtsganges bei
einem Schaltgetriebe oder der Fahrtstufe für Rückwärtsfahrt bei einem Getriebeautomaten.
Eine Aktivierung bei Unterschreiten einer Mindestgeschwindigkeit
in Vorwärtsfahrt
kann schon allein deshalb sinnvoll sein, weil das Problem einer
Beschädigung
von Zugfahrzeug und Anhänger
bei einem zu großen
Winkel zwischen beiden auch beim Rangieren in Vorwärtsfahrt
auftreten kann. Dieses Problem ist bei höheren Geschwindigkeiten eher
weniger relevant, da hier in der Regel keine engen Kurvenradien gefahren
werden.
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Wie
zuvor erläutert,
wird das Fahrzeuggespann, falls notwendig, bis zum Stillstand gebremst. Die
Bremse wird gelöst,
wenn eine Fahrtstufe für
Vorwärtsfahrt
gewählt
wird, oder wenn ein Lenkeinschlag des Zugfahrzeuges gewählt wird,
der der Kollisionsgefahr entgegenwirkt. Wird also beispielsweise
im Stillstand des Gespanns ein Lenkeinschlag gewählt, bei dem der Winkel zwischen
Zugfahrzeug und Anhänger
verringert wird, so wird die Bremse wieder gelöst.
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In
einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Betriebsbremse
und/oder Feststellbremse des Zugfahrzeuges und/oder Anhängers bei Überschreiten
des Maximalwertes des Winkels zwischen Zugfahrzeug und Anhänger betätigt wird. Die
Bremseinrichtung muss dazu über
ein Mittel verfügen,
das eine Bremsbetätigung über ein
elektrisches Steuersignal ermöglicht.
Dies ist z.B. bei Scheiben- oder Trommelbremsen, die durch einen elektrischen
Aktor angesteuert werden, so genannte elektromechanische Bremsen,
gegeben. Alternativ kann insbesondere eine über einen Seilzug oder dergleichen
betätigte
Feststellbremse zusätzlich
mit einem Aktor, der die Betätigung
bewirkt, ausgestattet werden. Des weiteren ist es auch möglich, bei
einer hydraulischen Bremsanlage zumindest einen Hydraulikkreis mit
einem zusätzlichen
elektromechanisch betätigten
Geberzylinder auszustatten, der ein Schließen der Bremse bewirken kann.
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In
einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass Geometriedaten
des Anhängers
und des Zugfahrzeuges in einem Datenspeicher des Zugfahrzeuges und/oder
Anhängers
gespeichert sind, sodass aus dem Winkel zwischen Anhänger-Deichsel
und Längsachse
des Zugfahrzeuges auf eine Kollisionsgefahr zwischen Anhänger und
Zugfahrzeug geschlossen werden kann. Statt Geometriedaten, im Prinzip
ist dies eine Koordinatendarstellung der relevanten Bereiche von
Zugfahrzeug und Anhänger, kann
auch direkt ein maximal zulässiger
Winkel zwischen Anhängerdeichsel
und Längsachse
des Zugfahrzeuges abgespeichert sein, dieser kann beispielsweise
durch den Fahrer vor Fahrtantritt im Versuch ermittelt und eingegeben
werden.
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Das
eingangs genannte Problem wird auch gelöst durch eine Vorrichtung,
insbesondere Steuergerät,
zum Schutz eines Fahrzeuggespanns umfassend ein Zugfahrzeug sowie
mindestens einen Anhänger
vor gegenseitiger Beschädigung
beim Einlenken, wobei das Zugfahrzeug und/oder der Anhänger ein
Mittel umfasst, über
das eine den Winkel zwischen Zugfahrzeug und Anhänger repräsentierende Größe ermittelt
werden kann, weiter umfassend ein Steuergerät zur Steuerung einer Bremseinrichtung, wobei
das Steuergerät
eine Einrichtung umfasst, die die Bremseinrichtung des Fahrzeuges
und/oder des Anhängers
bei Überschreiten
eines Maximalwertes des Winkels zwischen Zugfahrzeug und Anhänger fahrerunabhängig durch
das Steuergerät
betätigen kann.
Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass das Steuergerät Mittel
umfasst, mit denen Geometriedaten des Anhängers und/oder des Zugfahrzeuges
manuell eingegeben oder aus einem Datenspeicher ausgewählt wer den
können.
Zusätzlich
kann die Vorrichtung Mittel zur automatischen Erkennung des Anhängers umfassen.
Beispielsweise kann in einem Steuergerät des Anhängers ein Identifizierungscode gespeichert
sein, so dass das Steuergerät
in der Lage ist, die entsprechenden Geometriedaten des Anhängers aus
einer Datenbank zu entnehmen. Dabei können Geometriedaten des Anhängers in
einer Datenbank des Anhängers
und Geometriedaten des Zugfahrzeuges in einer Datenbank des Zugfahrzeuges
gespeichert werden. Die Geometriedaten von Anhänger und Zugfahrzeug können zu
einem Gesamtmodell zusammengeführt
werden, aus dem der maximal zulässige
Winkel zwischen Fahrzeuglängsrichtung
des Zugfahrzeuges und der Deichsel des Anhängers bestimmt werden können.
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Zeichnungen
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Nachfolgend
wird ein Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Dabei
zeigen:
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1 eine
Skizze eines Gespanns in der Draufsicht;
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2 ein
Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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1 zeigt
eine Skizze eines Kraftfahrzeuges 1. Das Kraftfahrzeug 1 umfasst
zwei nicht gelenkte Hinterräder 3 sowie
zwei gelenkte Vorderräder 4.
Zum Lenken lassen sich die Vorderräder 4 um einen Winkel β (beta) aus
der Fahrzeuglängsrichtung 5 um
eine im Wesentlichen senkrechte Zeichenebene verlaufende Achse drehen.
Das Zugfahrzeug 1 umfasst eine Anhängerkupplung 6 mit
einem Kugelkopf 6a, auf den ein Kupplungsstück 7a einer
Deichsel 7 des Anhängers 2 gelenkig
angekuppelt wird. Die Deichsel 7 ist fest mit dem Anhänger 2 verbunden, der
im vorliegenden Beispiel als einachsiger Anhänger mit schematisch dargestellten
Rädern 8 einer Achse
ausgeführt
ist. Alternativ kann der Anhän ger 2 auch
beispielsweise zweiachsig mit einem mit der Deichsel 7 verbundenen
Drehgestell ausgeführt
sein. Zugfahrzeug 1 und der Anhänger 2 bilden ein
Gespann.
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Bei
einer Kurvenfahrt des Gespanns, unabhängig davon, ob diese in Vorwärts- oder
Rückwärtsfahrt
ausgeführt
wird, nimmt die Deichsel 7 zur Fahrzeuglängsrichtung 5 einen
Winkel α (alpha)
ein. Dadurch ändert
sich der Abstand a, der den Mindestabstand der Karosserie des Zugfahrzeuges 1 zu
der Karosserie des Anhängers 2 angibt.
Wird der Abstand a zu null, so berühren sich Zugfahrzeug 1 und
Anhänger 2 und
es kann zu Beschädigungen
beider kommen. Je nach Gestalt der Konturen von Zugfahrzeug 1 und
Anhänger 2 kann
der geringste Abstand zwischen beiden Karosserien an unterschiedlichen
Stellen vorkommen.
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Das
Zugfahrzeug 1 oder der Anhänger 2 umfasst mindestens
einen Abstandssensor 9. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel
ist an beiden Heckseiten des Fahrzeuges, somit links und rechts,
jeweils ein Abstandssensor 9 angeordnet, es kann aber auch ein
einziger oder mehr als zwei Abstandssensoren vorgesehen sein. Der
Abstandssensor 9 kann z.B. auf Infrarot- oder Radarbasis
arbeiten und dient üblicherweise
als Einparkhilfe, vor Kollision mit einem Hindernis wird dem Fahrzeugführer gegenüber eine akustische
und/oder optische Warnung übermittelt. Dabei
kann beispielsweise auch angezeigt werden, wie groß der Abstand
zu dem Hindernis ist, beispielsweise durch eine farbliche Gestaltung
der optischen Anzeige oder unterschiedlicher akustischer Signale. Wird
das Zugfahrzeug 1 im Gespann mit dem Anhänger 2 betrieben,
so kann aus dem oder den Abstandssensoren 9 der Winkel α (alpha)
direkt oder indirekt bestimmt werden. Wie aus der Skizze der 1 ersichtlich, ändert sich
der Abstand a abhängig vom
Winkel α (alpha). Üblicherweise
werden die Entfernungssensoren 9 Gegenstände nicht
nur in einer ausgewiesenen Richtung sondern in einem mehr oder minder
großen
Winkelspektrum erfassen können.
Es bedarf daher der Zuordnung eines gemessenen Mindestabstandes
zu einem beliebigen Punkt zwischen Entfernungssensor 9 und
der Karosserie des Anhängers 2 zu
einem Winkel α (alpha).
Dies kann beispielsweise im Versuch ermittelt werden oder aufgrund
der Sensorcharakteristik des Abstandssensors 9 bei Kenntnis
der Geometrie von Zugfahrzeug 1 und Anhänger 2 rechnerisch
ermittelt werden.
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Statt
eines Abstandssensors kann auch ein mechanischer Kontakt vorgesehen
sein, der bei Berührung
das Erreichen des maximal zulässigen
Einschlags ausgibt. Ebenso ist es möglich, beispielsweise die Anhängerkupplung 6 bzw.
Deichsel 7 mit einem Winkelmesser 10 auszustatten,
der den Winkel α direkt
messen kann.
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Übersteigt
der Betrag des Winkels α einen maximal
zulässigen
Wert α_max,
so berühren
sich die Karosserien von Zugfahrzeug 1 und Anhänger 2. Der
Betrag α_max
kann für
das Einlenken nach links und rechts unterschiedlich sein, dies hängt von
der Kontur von Zugfahrzeug 1 und Anhänger 2 ab (symmetrisch/unsymmetrisch
etc.) In 1 gestrichelt dargestellt ist
eine Stellung des Anhängers 2 relativ zum
Zugfahrzeug 1, bei der eine Berührung beider stattfindet. Dies
ist insbesondere bei der Rückwärtsfahrt
von Belang, da sich aufgrund der Geometrie der Gespannanordnung
der Winkel α (alpha)
ohne aktive Regelung bei einer geringen Auslenkung zwischen Anhängekupplung 6 und
Deichsel 7 von selbst vergrößert. Übersteigt der Winkel α (alpha)
eine zulässige
Größe, so wird
ein hier nicht näher
dargestelltes Bremssystem des Zugfahrzeuges 1 durch ein
ebenfalls nicht dargestelltes Steuergerät aktiviert. Das Bremssystem
kann z.B. eine Betriebsbremse sein, die elektromechanisch angesteuert
werden kann, beispielsweise in dem diese komplett elektrisch betrieben
ist, mithin an den eigentlichen Bremsen elektromechanische Aktoren
angeordnet sind, oder indem z.B. eine hydraulische Bremse mit zusätzlichen elektrohydraulischen
Aktoren für
deren Betätigung ausgestattet
ist. Alternativ kann die Bremswirkung durch eine elektromechanisch
betätigte
Feststellbremse erfolgen, in diesem Fall kann die Feststellbremse
auch als „Betriebshilfsbremse" verstanden werden.
Der dargestellte Betriebsmodus des Zugfahrzeuges, das Bremsen bei
zu großem α (alpha), wird
insbesondere durch ein Steuergerät
(Regler) innerhalb des Zugfahrzeuges bei Rückwärtsfahrt eingeschaltet. Das
Steuergerät
kann z.B. ein Bordcomputer oder dergleichen sein. Ebenso ist es
aber auch möglich,
den beschriebenen Betriebsmodus bei Vorwärtsfahrt, insbesondere bei
langsamer Vorwärtsfahrt
während
des Rangierens oder dergleichen, einzuschalten.
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Wird
die Bremseinrichtung, unabhängig
ob Betriebs- oder Feststellbremse, bei Rückwärtsfahrt durch das Steuergerät aktiviert,
so führt
dies zum Stillstand des Zugfahrzeuges und damit des Gespanns. Bei
einem Fahrzeug mit Getriebevollautomaten ist dies unschädlich, bei
einem Fahrzeug mit Schaltgetriebe ist hier gegebenenfalls das so
genannte Abwürgen
des Antriebsmotors in Kauf zu nehmen, alternativ kann – insbesondere
bei automatisierten Schaltgetrieben – die Schaltkupplung automatisch
geöffnet
werden, um ein Abwürgen
des Antriebsmotors zu vermeiden.
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Ist
die Bremseinrichtung aktiviert, so wird die Aktivierung wieder aufgehoben,
die Bremseinrichtung also deaktiviert, sobald der Fahrer einen Betriebszustand
herstellt, in dem keine Beschädigungsgefahr
für Zugfahrzeug
und Anhänger
mehr besteht. Dies kann zum einen der Fall sein, wenn das Zugfahrzeug
in einen Betriebsmodus für
Vorwärtsfahrt gebracht
wird, bei einem Schaltautomaten z.B. durch Wahl einer Fahrstufe
für Vorwärtsfahrt,
bei einem Schaltgetriebe durch Wahl eines Vorwärtsganges, zum anderen, wenn
der Lenkeinschlag Beta der Vorderräder so gewählt wird, dass sich der Winkel
Alpha verringern wird. In diesem Falle wird die Bremseinrichtung
wieder gelöst,
so dass eine weitere Rückwärtsfahrt
möglich
ist.
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Das
dargestellte Verfahren lässt
sich selbstverständlich
auch bei Vorwärtsfahrt,
insbesondere bei Rangierfahrten und langsamer Geschwindigkeit, anwenden.
Selbstverständlich
können
die Abstandssensoren statt am Zugfahrzeug auch am Anhänger angeordnet
sein.
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Zur
Anwendung des zuvor dargestellten Verfahrens ist es notwendig, sowohl
die Geometrie von Zugfahrzeug 1 als auch Anhänger 2 zu
kennen. Insbesondere ist es bedeutsam, einen maximal zulässigen Winkel α zu kennen.
In dem für
die Ausführung des
Verfahrens verantwortlichen Steuergerät kann der maximal zulässige Winkel α abgelegt
sein. Dies kann z.B. manuell geschehen, in dem der Winkel α über eine
Eingabeeinrichtung, beispielsweise eine Tastatur, eingegeben und
abgespeichert wird, alternativ kann dies auch dadurch geschehen,
dass der jeweilige Anhänger 2 in
einer Datenbank erfasst wird und der maximal zulässige Winkel α in einem
nicht flüchtigen
Speicher des Steuergerätes
oder in einem anderweitig angeordneten Speicher, z.B. durch Datenaustausch
des Fahrzeuges mit einer Servicestation oder dergleichen, abgelegt
sind. Des weiteren ist es möglich,
Geometriedaten des Anhängers 2 in
einem dem Anhänger 2 zugeordneten
Datenspeicher abzulegen, und die entsprechenden Geometriedaten des
Zugfahrzeuges 1 in einem dem Zugfahrzeug 1 zugeordneten
Datenspeicher abzulegen. Aus beiden Geometriedaten zusammen kann
ein maximal zulässiger
Winkel α bestimmt
werden. Die Geometriedaten des Anhängers 2 können beispielsweise über eine
Datenaustauscheinrichtung, beispielsweise eine Funkverbindung oder
eine Kabelverbindung zwischen Zugfahrzeug 1 und Anhänge 2,
ausgetauscht werden.
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2 zeigt
ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens. Der Verfahrensablauf beginnt
in Schritt 101 mit dem Einlegen des Rückwärtsganges oder alternativ dem
Unterschreiten einer Mindestgeschwindigkeit oder der Fahrtaufnahme in
Rückwärtsfahrt.
In Schritt 102 wird der von dem Sensor, dies ist der Abstandssensor 9 oder
der Winkelgeber 10 bzw. ein Berührungsschalter, gemessene Wert
ermittelt und in dem Steuergerät
in Schritt 103 in einen zugehörigen Winkel α umgewamdelt.
In Schritt 104 wird geprüft, ob der Winkel α den Maximalwert überschreitet.
Ist dies der Fall (J), so wird in Schritt 105 wie zuvor
beschrieben die Bremseinrichtung betätigt. Ist dies nicht der Fall
(N), so wird in einer Schleife zu Schritt 102 verzweigt.
Wurde zu Schritt 105, der Bremsbetätigung, verzweigt, so wird in
Schritt 106 geprüft,
ob der Lenkeinschlag, der dazu in der Regel zwischenzeitlich geändert worden
sein muss, die Kollisionsgefahr zwischen Zugfahrzeug und Anhänger nunmehr
beseitigt. Ist dies der Fall (J), so wird die Bremsbetätigung in
Schritt 108 aufgehoben. Andernfalls (N) wird in Schritt 107 geprüft, ob in eine
Fahrtstufe für
Vorwärtsfahrt übergegangen
wurde. Ist dies der Fall (J), so wird das Verfahren in Schritt 108 beendet
und die Bremsbetätigung
aufgehoben, andernfalls wird zu Schritt 106, der Prüfung des
Lenkeinschlages, verzweigt.