DE102005045195A1

DE102005045195A1 - Winkelmesser zum Messen des Knickwinkels zwischen einem Zugfahrzeug und einem Anhänger

Info

Publication number: DE102005045195A1
Application number: DE102005045195A
Authority: DE
Inventors: Steffen Linkenbach; Stefan LÜKE
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Autonomous Mobility Germany GmbH
Priority date: 2004-09-24
Filing date: 2005-09-21
Publication date: 2006-04-06
Anticipated expiration: 2025-09-22
Also published as: DE102005045195B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bestimmen eines Knickwinkels zwischen den Längsachsen eines Zugfahrzeugs und eines Anhängers, wobei eine Anhängerdeichsel mit einer Anhängerkupplung des Zugfahrzeugs verbindbar ist, und wobei der Anhänger in einem an das Zugfahrzeug angekoppelten Zustand um eine Drehachse schwenkbar ist. DOLLAR A Erfindungsgemäß zeichnet sich die Vorrichtung dadurch aus, DOLLAR A - dass sie zwei Elemente (24; 26) umfasst, die mittels eines ringförmigen Drehgelenks (28) schwenkbar miteinander verbunden sind, DOLLAR A - wobei ein erstes Element (24) in einer Lage an einer Anhängerdeichsel (14, 16) montierbar ist, in der die Drehachse (20) im Wesentlichen durch den Mittelpunkt des Drehgelenks (28) verläuft, und DOLLAR A - wobei ein zweites Element (26) beim Ankuppeln des Anhängers (4) auf einen Kupplungsschaft (10) der Anhängerkupplung aufsteckbar ist und DOLLAR A - dass ein als Ringsegment eines konzentrisch zu dem Mittelpunkt des Drehgelenks (28) angeordneten Rings ausgebildeter Codeträger (58) drehfest an einem der Elemente (24; 26) befestigt ist, DOLLAR A - wobei der Codeträger (60) von wenigstens einem an dem anderen Element (24; 26) befestigten Sensor (62) abtastbar ist, und DOLLAR A - wobei in dem Sensor (62) Signale erzeugbar sind, welche eine Winkellage und/oder eine Änderung der Winkellage des ersten Elements (24) relativ zu dem zweiten Element (26) beschreiben.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bestimmen eines Knickwinkels zwischen den Längsachsen eines Zugfahrzeugs und eines Anhängers, wobei eine Anhängerdeichsel mit einer Anhängerkupplung des Zugfahrzeugs verbindbar ist, und wobei der Anhänger in einem an das Zugfahrzeug angekoppelten Zustand um eine Drehachse schwenkbar ist.

Eine Vorrichtung zur Erfassung des Knickwinkels zwischen den Längsachsen eines Zugfahrzeugs und eines Anhängers geht beispielsweise aus dem US-Patent Nr. 4 164 737 hervor. Bei der bekannten Vorrichtung ist ein offenes Gehäuseelement an der Anhängerkupplung eines Fahrzeugs montiert, welches den Kupplungskopf umfasst, und in welches das Kupplungsgegenstück der Anhängerdeichsel eingeführt wird. An dem Kupplungskopf wird eine Drehstange mittels Klemmlaschen befestigt, die ein in dem Gehäuse untergebrachtes Potenziometer steuert.

Bei der bekannten Vorrichtung besteht der Nachteil, dass die Befestigung der Drehstange an dem Kupplungsgegenstück kompliziert ist, insbesondere da die Klemmlaschen innerhalb des Gehäuseelements an dem Kupplungsgegenstück zu befestigen sind, so dass bei der Montage nur eine eingeschränkte Sicht auf den Arbeitsbereich besteht, und der Arbeitsbereich zudem relativ schwer zugänglich ist.

Ferner ist es nachteilig, dass die Vorrichtung fest an dem Fahrzeug montiert ist, und somit auch dann an dem Fahrzeug verbleibt, wenn kein Anhänger an das Fahrzeug angekuppelt ist. Sie kann nur durch eine aufwändige Demontage von dem Fahrzeug entfernt werden, wobei eine ebenso aufwändige erneute Montage erforderlich ist, wenn die Vorrichtung bei angekuppeltem Anhänger wieder verwendet werden soll.

Darüber hinaus weist die Befestigung der Drehstange an dem Kupplungsgegenstück in vielen Situationen keine ausreichende Stabilität bzw. Robustheit auf. So können die Klemmlaschen beispielsweise verbogen werden, wenn die Anhängerdeichsel um ihre Längsachse gegenüber der Anhängerkupplung des Fahrzeugs verdreht wird, was beispielsweise der Fall sein kann, wenn eine Seite des Anhängers gegenüber der anderen Seite angehoben oder abgesenkt wird.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden, und eine Vorrichtung zum Messen des Knickwinkels zwischen den Längsachsen des Zugfahrzeugs und des Anhängers bereitzustellen, die insbesondere beim Ankuppeln des Anhängers möglichst einfach zu handhaben ist und eine möglichst hohe mechanische Stabilität aufweist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung nach dem Patentanspruch 1 gelöst.

Demgemäß wird eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so ausgestaltet, dass sie zwei Elemente umfasst, die mittels eines ringförmigen Drehgelenks schwenkbar miteinander verbunden sind, wobei ein erstes Element in einer Lage an einer Anhängerdeichsel montierbar ist, in der die Drehachse im Wesentlichen durch den Mittelpunkt des Drehgelenks verläuft, und wobei ein zweites Element beim Ankuppeln des Anhängers (4) auf einen Kupplungsschaft der Anhängerkupplung aufsteckbar ist, und dass ein als Ringsegment eines konzentrisch zu dem Mittelpunkt des Drehgelenks angeordneten Rings ausgebildeter Codeträger drehfest an einem der Elemente befestigt ist, wobei der Codeträger von wenigstens einem an dem anderen Element befestigten Sensor abtastbar ist, und wobei in dem Sensor Signale erzeugbar sind, welche eine Winkellage und/oder eine Änderung der Winkellage des ersten Elements relativ zu dem zweiten Element beschreiben.

Aufgrund des ringförmigen Drehgelenks, das so an der Kupplungseinrichtung des Anhängers anzuordnen ist, dass die Drehachse im Wesentlichen durch das Zentrum des Drehgelenks verläuft, weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine besonders hohe mechanische Stabilität auf. Insbesondere wird durch das derart ausgestaltete Drehgelenk eine besonders hohe Festigkeit des erfindungsgemäßen Drehwinkelgebers gegenüber Verwindungen der beiden Elemente gewährleistet.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, dass sie fest mit dem Anhänger bzw. der Kupplungseinrichtung des Anhängers und nicht mit der Anhängerkupplung des Zugfahrzeugs verbunden ist. Sie muss somit nicht bei jeder Benutzung des Anhängers an die Anhängerkupplung montiert und nach der Benutzung demontiert werden, sondern kann dauerhaft an dem Anhänger verbleiben.

Darüber hinaus kann das zweite Element beim Ankuppeln des Anhängers in einfacher Weise auf den Schaft der Anhängerkupplung aufgesteckt werden. Bei Kugelkopfkupplungen wird der an dem Schaft der Anhängerkupplung befestigte Kupplungskopf durch das Drehgelenk hindurch in die Kupplungseinrichtung des Anhängers eingebracht.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das erste Element über dem Drehgelenk angeordnet, und weist zwei Seitenwände auf, die einen Zwischenraum begrenzen, in den die Anhängerdeichsel einführbar ist.

Vorzugsweise weist das erste Element dabei wenigstens ein Klemmelement auf, mit dem die Anhängerdeichsel zwischen den beiden Seitenwänden des ersten Elements fest fixierbar ist.

Auf diese Weise erfolgt mittels der Klemmelemente die Montage der Vorrichtung an der Anhängerdeichsel bzw. dem Kupplungsgegenstück am Ende der Anhängerdeichsel.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das zweite Element unter dem Drehgelenk angeordnet und weist zwei Seitenwände auf, die einen Zwischenraum begrenzen, in welchen der Kupplungsschaft beim Ankuppeln des Anhängers einführbar ist.

Mit Vorteil wird der Kupplungskopf beim Ankuppeln des Anhängers durch das Drehgelenk hindurch in die Anhängerdeichsel bzw. das an der Anhängerdeichsel angebrachte Kupplungsgegenstück eingeführt, und dabei wird der Kupplungsschaft in den Zwischenraum zwischen den Seitenwänden des zweiten Elements eingebracht.

Vorzugsweise weist das zweite Element dabei wenigstens ein Fixationselement auf, mit dem der Kupplungsschaft zwischen den beiden Seitenwänden fixierbar ist.

Eine besonderes vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich zudem dadurch aus, dass eine durch seinen Mittelpunkt verlaufende Drehachse des Drehgelenks eine Mittellängssachse des Zwischenraums zwischen den beiden Seitenwänden des ersten Elements und eine Mittellängsachse des Zwischenraums zwischen den beiden Seitenwänden des zweiten Elements in jeweils einem Punkt schneidet.

Alternativ kann bei einem komplett von einer Seite (z.B. von oben) aufsteckbaren System aber auch die gesamte Montage und Demontage in einem Schritt durchgeführt werden, indem die Vorrichtung gleichzeitig auf die Anhängerdeichsel und auf den Schaft der Anhängerkupplung gesteckt wird. Hier ist das Drehgelenk nicht um den Kugelkopf, sonder ober- oder unterhalb davon anzuordnen.

Darüber hinaus ist es in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass der Sensor signalmäßig mit einer Auswerteeinheit verbunden ist, die im Bereich des den Sensor tragenden Elements angeordnet ist.

Dadurch, dass die Auswerteeinheit im Bereich des gleichen Elements wie der Sensor angeordnet ist, kann der Sensor besonders einfach an die Auswerteeinheit angeschlossen werden.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Codeträger einen Absolutcode aufweist, wobei in jeder Winkelstellung ein Codewort mittels des Sensors von dem Codeträger erfassbar ist, aus dem die relative Winkelstellung des ersten Elements und des zweiten Elements zueinander absolut bestimmbar ist.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist der Codeträger eine Inkrementalspur auf, die einen Inkrementalcode trägt, wobei aus der Abtastung des Inkrementalcodes ein Inkrementalsignal ermittelbar ist, welches die Änderung der Winkellage des ersten Elements relativ zu dem zweiten Element beschreibt.

Vorzugsweise weist der Codeträger zusätzlich in einer vorgegebenen Position auf dem Ringsegment eine Referenzmarke auf, die einer vorgegebenen Winkelstellung des ersten Elements relativ zu dem zweiten Element zugeordnet ist, wobei die vorgegebene Winkelstellung als Ausgangswert für eine Bestim mung des Knickwinkels nach Maßgabe des Inkrementalsignals dient.

Ist keine Referenzmarke vorhanden, kann vorteilhaft die Winkelstellung des ersten Elements relativ zu dem zweiten Element nach Maßgabe des Inkrementalsignals ausgehend von einem Ausgangswert von 0° ermittelt werden, wobei ein Vorliegen des Ausgangswerts von 0° feststellbar ist, wenn eine Geradeausfahrt des Zugfahrzeugs ermittelt wird.

Vorzugsweise ist es dabei vorgesehen, dass die Geradeausfahrt des Zugfahrzeugs ermittelt wird, wenn eine Geschwindigkeit des Zugfahrzeugs größer als ein vorgegebener Schwellenwert ist, und an lenkbaren Rädern des Zugfahrzeugs ein Radeinschlagswinkel von 0° für eine vorbestimmte Zeitdauer vorliegt.

Die Einhaltung eines niedrigen Schwellwertes der Drehzahldifferenz zwischen rechten und linken Raddrehzahlen über einen längeren Zeitraum kann ebenfalls als Geradeausfahrt gewertet werden.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es weiterhin vorgesehen, dass ein aus den Signalen des Sensors mittels der Auswerteeinheit ermitteltes, den Knickwinkel repräsentierendes Signal über eine Funkverbindung an ein Steuergerät übermittelbar ist.

Vorteilhaft handelt es sich bei der Funkverbindung um eine Bluetooth-Funkverbindung oder um eine Wireless-LAN-Verbindung.

Weitere Vorteile, Besonderheiten und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Darstellung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Figuren.
Von den Figuren zeigt
1 eine schematische Darstellung eines Zugfahrzeugs mit einem angekoppelten Anhänger in einer Draufsicht,
2 eine Außenansicht eines erfindungsgemäßen Winkelgebers,
3 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Winkelgeber und
4 einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Winkelgeber.
In 1 ist schematisch ein mit der Bezugsziffer 2 versehenes Zugfahrzeug veranschaulicht, an welches ein Anhänger 4 angekoppelt ist. Der Anhänger ist dabei relativ zu dem Zugfahrzeug um einen Winkel zwischen der Längsachse 6 des Zugfahrzeugs 2 und der Längsachse 8 des Anhängers 4 relativ zu dem Zugfahrzeug 2 schwenkbar, der als Knickwinkel φ bezeichnet wird.
Die Verbindung zwischen dem Zugfahrzeug 2 und dem Anhänger 4 wird dabei beispielsweise mittels einer Kugelkopfkupplung hergestellt.
Die Anhängerkupplung weist in dieser Ausführungsform in der Regel einen Kupplungsschaft 10 auf, der über einen waagerechten, parallel zur Fahrzeuglängsachse ausgerichteten Teil verfügt, der im Heckbereich an dem Zugfahrzeug 2 befestigt ist, sowie eine Krümmung und einen weiteren im Wesentlichen senkrechten Teil, an dessen oberen bzw. dem Fahrzeug 2 abgewandten Ende ein Kupplungskopf 12 angeordnet ist.
Die Anhängerdeichsel 14 weist an einem dem Fahrzeug 2 zugewandten Ende ein Kupplungsgegenstück 16 auf, das eine im Wesentlichen halbkugelförmige Ausnehmung besitzt, die zur Herstellung einer Verbindung zwischen dem Anhänger 4 und dem Zugfahrzeug 2 über den Kupplungskopf 12 der Anhängerkupplung gestülpt werden kann. Auf das Kupplungsgegenstück 16 ist in der Regel ein Handgriff 18 aufgesetzt, mit dem die Anhängerdeichsel 14 zum Rangieren des Anhängers 4 aufgenommen werden kann und der zudem zur Bedienung eines Kupplungssicherungsmechanismus vorgesehen sein kann.
Im an das Zugfahrzeug 2 angekuppelten Zustand, insbesondere während der Fahrt, ist der Anhänger 4 um eine Drehachse 20 relativ zu dem Zugfahrzeug 2 schwenkbar, die im Wesentlichen senkrecht bzw. senkrecht auf der Fahrbahnebene steht und im Wesentlichen durch den Pol des Kupplungskopfes 12 und durch den Pol der halbkugelförmigen Ausnehmung des Kupplungsgegenstücks 16 verläuft.
Zur Messung des Knickwinkels φ, der bei den Schwenkbewegungen des Anhängers 4 entsteht, schlägt die Erfindung einen Winkelgeber vor, der in einer beispielhaften Ausführungsform, die im Zusammenhang mit einer in zuvor beschriebener Weise ausgestalteten Kugelkopfkupplung einsetzbar ist, in den 2–4 schematisch dargestellt ist. In den Figuren ist der Winkelgeber als Ganzes mit der Bezugsziffer 22 versehen.
Wie in den Figuren erkennbar, weist der Winkelgeber 22 ein erstes Element 24 sowie ein zweites Element 26 auf, die durch ein Drehgelenk 28 fest miteinander verbunden sind.
Das erste Element 24 weist dabei zwei parallele Seitenwände 30, 32 auf, die einen vorzugsweise länglichen Zwischenraum 34 seitlich begrenzen. An einem Längsende wird der Zwischenraum durch eine in den Figuren nicht dargestellte Stirnwand begrenzt, welche die beiden Seitenwände 30, 32 miteinander verbindet.
In ähnlicher Weise ist das zweite Element 26 ausgestaltet. Es verfügt ebenfalls über zwei parallele Seitenwände 36, 38, die einen vorzugsweise ebenfalls länglichen Zwischenraum 40 seitlich begrenzen. An einem Längsende kann der Zwischenraum 40 auch von einer in den Figuren nicht dargestellten Stirnwand begrenzt sein.
Innerhalb des Winkelgebers 22 sind die beiden Elemente 24, 26 in der Höhe zueinander versetzt, wobei das erste Element 24 mit einem Teil seiner Längsausdehnung über dem zweiten Element 26 angeordnet ist, so dass dieses auf einem Teil seiner Längsausdehnung von dem ersten Element 24 überragt wird. Die Stirnwände der beiden Elemente 24, 26 befinden sich dabei jeweils an dem Längsende eines Elements 24, 26, welches dem anderen Element 24, 26 zugewandt ist.
Die beiden Elemente 24, 26 bilden dabei zwei Schenkel des Winkelgebers 22 und sind gegeneinander um eine Drehachse verschwenkbar, welche die Mittellängsachsen der beiden Zwischenräume 34, 40 in jeweils einem Punkt schneidet. Bei paralleler Ausrichtung beider Elemente 24, 26 liegen die beiden Mittellängsachsen parallel zueinander in einer senkrechten Ebene.
Die Verschwenkbarkeit der beiden Elemente 24, 26 wird dabei durch das Drehgelenk 28 erreicht, welches die beiden Elemente 24, 26 in dem Bereich miteinander verbindet, in dem das zweite Element 26 von dem ersten Element 24 überragt wird. Dabei ist das Drehgelenk 28 ringförmig ausgebildet- beispielsweise als ein Lager mit einer Lagerinnenschale, welche an einem der beiden Elemente 24, 26 befestigt ist, und einer Lageraußenschale, die an dem anderen Element 24, 26 befestigt ist. Die durch seinen Mittelpunkt verlaufende, senkrecht ausgerichtete Drehachse des Drehgelenks 28 entspricht dabei der zuvor erwähnten Drehachse, um welche die beiden Elemente 24, 26 gegeneinander verschwenkbar sind, und schneidet die Mittellängsachsen der Zwischenräume 34, 40 somit ebenfalls in jeweils einem Punkt.
Der Innendurchmesser des Drehgelenks 28 entspricht vorzugsweise in etwa der Breite der beiden Zwischenräume 34, 40, die vorzugsweise zumindest in dem Bereich, in dem die beiden Elemente 24, 26 durch das Drehgelenk 28 miteinander verbunden sind, im Wesentlichen die gleichen Breiten aufweisen.
Somit definiert das Drehgelenk 28 an der Unterseite des von den beiden Seitenwänden 30, 32 des ersten Elements 24 begrenzten Zwischenraums 34 eine im Wesentlichen kreisscheibenförmige Öffnung, zu der die beiden Seitenwände 30, 32 sowie die Stirnwand vorzugsweise tangential ausgerichtet sind.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist das erste Element 24 dabei zusätzlich auch eine in den Figuren nicht dargestellte Bodenwand auf, welche den Zwischenraum 34 nach unten, mit Ausnahme der aus der Bodenwand ausgesparten, durch das ringförmige Drehgelenk 28 definierten Öffnung, berandet und die beiden Seitenwände 30, 32 auf dem Teil ihrer Längsausdehnung, der nicht im Bereich des Drehgelenks liegt, an ihrer Unterseite miteinander verbindet.
In ähnlicher Weise definiert das Drehgelenk 28 eine im Wesentlichen kreisscheibenförmige Öffnung der Oberseite des durch die beiden Seitenwände 36, 38 des zweiten Elements 26 begrenzten Zwischenraums 40. Die beiden Seitenwände 36, 38 sowie die Stirnwand des zweiten Elements 26 sind dabei vorzugsweise ebenfalls jeweils tangential im Bezug auf die durch das Drehgelenk 28 definierte Öffnung ausgerichtet.
Darüber hinaus weist das zweite Element 26 in einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung zudem eine in den Figuren nicht dargestellte Deckenwand auf, welche den Zwischenraum 40 nach oben begrenzt und die beiden Seitenwände 36, 38 an ihrer Oberseite miteinander verbindet, wobei die durch das Drehgelenk 28 in der Oberseite des Zwischenraums 40 definierte Öffnung aus der Deckenwand ausgespart ist.
Der derart ausgestaltete Winkelgeber 22 wird fest an dem Anhänger 4 montiert, indem das erste Element 24 so von vorn und/oder von unten auf die Anhängerdeichsel 14 aufgeschoben wird, dass diese bzw. das Kupplungsgegenstück 16 längs in dem Zwischenraum 34 angeordnet ist. Die halbkugelförmige Ausnehmung des Kupplungsgegenstücks 16 wird dabei über dem Drehgelenk 28 bzw. der Öffnung in der Bodenwand des ersten Elements 24 positioniert, so dass die Drehachse des Drehgelenks 28 durch den Pol der Ausnehmung verläuft.
Zur Befestigung des ersten Elements 24 an der Anhängerdeichsel 14 bzw. an dem Kupplungsgegenstück 16 sind bei der beispielhaft in der 4 dargestellten Ausführungsform der Erfindung zwei im Wesentlichen plattenförmige Klemmelemente 42, 44 vorgesehen, von denen jeweils eins an einer der Seitenwände 30, 32 des ersten Elements 24 angeordnet ist. Mit Hilfe von Schrauben 46–52, welche durch die Seitenwände 30, 32 hindurchgeführt sind, können die Klemmelemente 42, 44 dabei in den Zwischenraum 34 hineinbewegt werden, so dass sie von den Seiten der Seitenwände 30, 32 gegen die Anhängerdeichsel 14 bzw. das Kupplungsgegenstück 16 drücken und so mit das erste Element 24 an dem Anhänger 4 fixieren.
Beim Ankuppeln des Anhängers 4 an das Zugfahrzeug 2 wird der Kupplungskopf 12 durch das Drehgelenk 28 hindurch in die halbkugelförmige Ausnehmung des Kupplungsgegenstücks 16 eingeführt, wobei der Kupplungsschaft 10 in den von den beiden Seitenwänden 36, 38 des zweiten Elements 26 des Winkelgebers 22 begrenzten Zwischenraum 40 eingebracht wird. Auf diese Weise wird der Winkelgeber 22 so angeordnet, dass die Drehachse, um welche die beiden Elemente 24, 26 gegeneinander verschwenkbar sind, gerade der Drehachse 20 entspricht, um welche der Anhänger 4 relativ zu dem Zugfahrzeug 2 verschwenkbar ist.
Zur Fixierung des Kupplungsschaftes 10 innerhalb des Zwischenraums 40 ist ein Fixationselement 54 vorgesehen, bei dem es sich, wie in der 4 dargestellt, beispielsweise um ein plattenförmiges Element handeln kann, das um einen unteren Auflagepunkt 56 ins Innere des Zwischenraums 40 schwenkbar und im oberen Bereich mittels einer Feder 58 an einer Seitenwand 36 des zweiten Elements 26 befestigt ist.
Wird dabei der Kupplungsschaft 10 von unten in das zweite Element 26 eingeführt, schwenkt das Fixationselement 54 um den unteren Auflagepunkt 56. Die Fixierung erfolgt dann durch die mittels der Feder 58 aufgebaute Gegenkraft.
Auf diese Weise besitzt der Kupplungsschaft 10 innerhalb des Zwischenraums 40 im Wesentlichen kein Spiel in Querrichtung, so dass sich die Ausrichtung des Kupplungsschaftes 10 rela tiv zu den Seitenwänden 36, 38 des zweiten Elements 26 bei einem Verschwenken des Anhängers 4 um einen Knickwinkel φ im Wesentlichen nicht verändert, und der Winkel zwischen den beim den Gehäuseelementen 24, 26 gerade dem Knickwinkel φ entspricht.
Wird der Anhänger 4 gegenüber dem Zugfahrzeug 2 in einer Vertikalen um einen Winkel geneigt, wie es beispielsweise bei der Fahrt durch eine Mulde oder über eine Kuppe der Fall ist, ermöglicht die beschriebene Fixierung eine vertikale Bewegung des Kupplungsschaftes 10 innerhalb des Zwischenraums 30, d.h. eine Bewegung parallel zu den beiden Seitenwänden 36, 38.
Es kann dabei auch vorgesehen sein, dass sich der Zwischenraum 40 zwischen den beiden Seitenwänden 36, 38 des zweiten Elements 26 in seiner Längsausdehnung zu seinem von dem Drehgelenk 28 abgewandten Längsende hin in der Breite verjüngt, so dass der Kupplungskopf 12 im Bereich des Drehgelenks 28 durch den Zwischenraum 40 hindurchgeführt werden kann, und dieser im Übrigen in seiner Breite dem Durchmesser des Kupplungsschaftes 10 angepasst ist, welcher in der Regel kleiner ist, als der Durchmesser des Kupplungskopfes 12.
Zur Erfassung des Knickwinkels φ, welcher wie zuvor erläutert, gerade dem Winkel zwischen den beiden Elementen 24, 26 des Winkelgebers 22 entspricht, ist an einem der beiden Elemente 24, 25 im Bereich des Drehlagers 28 ein als Ringsegment eines konzentrisch zu dem Mittelpunkt des Drehgelenks 28 bzw. konzentrisch zu der Drehachse 20 angeordneten Rings ausgebildeter Codeträger drehfest angeordnet.
Das Ringsegment umfasst dabei vorzugsweise wenigstens einen Winkelbereich von 180°, so dass Knickwinkel φ in einem Bereich zwischen –90° und +90° erfassbar sind. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass der Codeträger 60 als Vollring ausgebildet ist, der konzentrisch zu dem Mittelpunkt des Drehgelenks bzw. der Drehachse angeordnet ist.
Bei der in der 3 dargestellten Ausführungsform des Winkelgebers 22 ist der Codeträger 60 an dem zweiten Element 26 befestigt, kann gleichfalls jedoch auch gleichfalls eine Befestigung an dem ersten Element 24 vorgesehen sein. Der Codeträger 60 kann dabei optisch, magnetisch, induktiv oder kapazitiv arbeiten und weist mindestens eine Signalquelle oder eine Codespur auf.
An dem anderen Element 24, 26, d.h. bei der in der 3 dargestellten Ausführungsform des Winkelgebers 22 an dem ersten Element 24, ist wenigstens ein Sensor 62 angebracht, welcher den Code des Codeträgers ausliest und die gemessenen Werte einer Auswerteeinheit 64 zur Verfügung stellt, die vorzugsweise in demselben Element 24, 26 untergebracht ist wie der Sensor 62 und über eine Signalleitung mit diesem verbunden ist. In einer der Seitenwände 30, 32, 34, 36 oder in der Stirnwand des entsprechenden Elements 24, 26 kann dabei ein Hohlraum ausgespart sein, in den die Auswerteeinheit 64 eingebaut ist.
Der Sensor 62 arbeitet entsprechend dem Codeträger 60 ebenfalls optisch, magnetisch, induktiv oder kapazitiv, wobei derartige Sensoren 62 und Codeträger 60 dem Fachmann an sich bekannt sind. Bei einem als Ringsegment ausgebildeten Codeträger 60 ist der Sensor 62 dabei am Scheitelpunkt des Codeträgers 60 angeordnet.
Insbesondere kommen dabei für einen Einsatz im Rahmen der Erfindung Codeträger 60 mit einem Absolutcode in Frage, bei denen in jedem Messschritt jeweils der Absolutwert des Knickwinkels φ ermittelt werden kann. Der Codeträger 60 besitzt dabei beispielsweise n konzentrische Codespuren, so dass mittels des Sensors 62 in jeder Winkelstellung ein n-stelliges, beispielsweise in einem Binärcode oder einem Gray-Code ausgebildetes Codewort erfasst wird, aus dem die Auswerteeinheit 64 die zu ermittelnde Winkelinformation bestimmt.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, einen Codeträger 60 mit nur einer Codespur durch mehrere in bestimmten Winkelabständen auf einem Kreisring angeordnete Sensoren 62 abzutasten, wobei durch das Zusammenwirken der Sensoren 62 und des Codeträgers 60 auch hier ein Code entsteht, der eine Absoluterfassung des Knickwinkels φ erlaubt.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird in jedem Messschritt die Veränderung des Knickwinkels φ drehrichtungsdiskriminierend ermittelt. Dies hat den Vorteil, dass nicht in jedem Messschritt ein n-stelliges Codewort auszu werten ist, so dass die Auswertung der Sensorsignale damit weniger aufwändig ist.
Der Codeträger 60 weist in diesem Fall eine Inkrementalspur mit einer regelmäßigen Struktur auf, die von dem Sensor 62 erfasst wird. Vorzugsweise ist zudem eine zweite Spur des Codeträgers 60 oder die Inkrementalspur selbst mit einer Referenzmarke versehen, die von dem Sensor 62 oder einem weiteren Sensor erfasst wird, wenn die beiden Elemente 24, 26 eine vorgegebene Winkelstellung zueinander einnehmen. Vorzugsweise handelt es sich dabei um die einem Knickwinkel von φ =0° entsprechende Winkelstellung, in der die beiden Elemente 24, 26 in ihrer Längsausdehnung parallel zueinander ausgerichtet sind.
Die vorgegebene Winkelstellung wird dabei von der Auswerteeinheit 64 als Ausgangswert für die Bestimmung des Knickwinkels φ verwendet, die ausgehend von der Ausgangsstellung nach Maßgabe der durch bei der Abtastung der Inkrementalspur des Codeträgers 60 in dem Sensor 62 generierten Inkrementalsignale erfolgt.
Insbesondere wird dabei ausgehend von dem Ausgangswert in jedem Messschritt der in einem vorangegangenen Messschritt ermittelte Wert des Knickwinkels φ nach Maßgabe des Inkrementalsignals inkrementiert bzw. dekrementiert.
Der Codeträger 60 kann dabei beispielsweise als ein wechselnd magnetisiertes Polrad bzw. als ein Winkelsegment eines solchen Polrads ausgebildet sein, welches die Inkremental spur bildet. Die drehrichtungsdiskriminierende Abtastung erfolgt in dieser Ausführungsform des Codeträgers 60 beispielsweise in einer dem Fachmann bekannten Weise mittels magnetoresistiver Sensorelemente des Sensors 62, deren Ausgangssignale von der Auswerteeinheit 64 ausgewertet werden.
Die Referenzmarke kann in dieser Ausführungsform als eine magnetische Unregelmäßigkeit an einer Winkelposition auf dem Polrad ausgebildet sein, die von den genannten oder weiteren Sensorelementen abgetastet wird, wobei die Erfassung der Referenzmarke genau dann erfolgt, wenn die beiden Elemente 24, 26 die vorgegebene Winkelstellung zueinander einnehmen. Alternativ kann es vorgesehen sein, dass der Codeträger 60 eine weitere Spur aufweist, auf die lediglich ein Polpaar aufmagnetisiert ist, welches von einem weiteren Sensorelement erfasst wird, wenn die beiden Elemente 24, 26 die vorgegebenen Winkelstellung zueinander einnehmen.
Bei der Erfassung der Referenzmarke übermittelt der Sensor 62 ein Referenzsignal an die Auswerteeinheit 64, dessen erstmaliger Empfang nach einem Zündungsstart an dem Zugfahrzeug 2 innerhalb der Auswerteeinheit 64 zum Start der Knickwinkelbestimmung führt, die dann in der zuvor beschriebenen Weise ausgehend von dem der Referenzmarke zugeordneten Referenzwert des Knickwinkels φ erfolgt.
D.h. die Knickwinkelbestimmung wird hier erst gestartet, nachdem der Knickwinkel φ erstmalig den vorgegebenen Referenzwert angenommen hat. Dabei hat es sich jedoch gezeigt, dass das Zugfahrzeug 2 in der Regel bereits kurz nach dem Anfahren in eine Geradeausfahrt gelenkt wird, so dass der Knickwinkel φ bereits frühzeitig nach dem Anfahren den bevorzugten Referenzwert von 0° annimmt.
In einer weiteren Ausführungsform des Winkelgebers 22 kann auch auf die Referenzmarke verzichtet werden. Das Vorliegen des Referenzwertes des Knickwinkels φ von 0° wird dabei erkannt, wenn eine Geradeausfahrt des Zugfahrzeugs 2 während eines vorgegebenen Zeitintervalls festgestellt worden ist.
Die Erkennung der Geradeausfahrt basiert dabei auf den Signalen eines Lenkwinkelsensors des Zugfahrzeugs 2, mit dem der Radeinschlagswinkel der lenkbaren Räder des Fahrzeugs ermittelbar wird, sowie auf einem Geschwindigkeitssignal, das beispielsweise mit Hilfe von Raddrehzahlsensoren des Zugfahrzeugs 2 ermittelt wird.
Die Geradeausfahrt des Fahrzeugs wird mit Hilfe dieser Signale innerhalb der Auswerteeinheit 64 dann festgestellt, wenn anhand des Geschwindigkeitssignals festgestellt wird, dass die Geschwindigkeit des Zugfahrzeugs 2 in Vorwärtsrichtung größer als ein vorgegebener Schwellenwert ist, und wenn gleichzeitig anhand der Signale des Lenkwinkelsensors ermittelt wird, dass sich die lenkbaren Räder des Zugfahrzeugs 2 in der Geradeausstellung befinden, d.h. parallel zur Längsachse 6 des Zugfahrzeugs ausgerichtet sind.
Alternativ kann auch die Einhaltung einer geringen Differenz der rechtsseitigen und linksseitigen Raddrehzahlsensoren zur Bestimmung der Geradeausfahrt herangezogen werden.
Zum Empfang dieser Signale ist bei dieser Ausführungsform der Erfindung eine Schnittstelle vorgesehen, über welche die Auswerteeinheit 64 mit einem Datenbus des Zugfahrzeugs verbunden ist, bei dem es sich üblicherweise um das dem Fachmann bekannte Controller Area Network (CAN) handelt.
Ein den in der zuvor dargestellten Weise ermittelten Knickwinkel φ repräsentierendes Signal wird von der Auswerteeinheit 64 in einer Ausführungsform der Erfindung über ein Kabel 66 an ein Steuergerät im Zugfahrzeug 2 übermittelt, wobei das Kabel 66 beispielsweise mit einem am Heck des Zugfahrzeugs 2 angeordneten elektrischen Anschluss verbunden ist. Alternativ kann die Auswerteeinheit 64 über die Kabelverbindung jedoch auch mit einem im Bereich des Anhängers angeordneten Steuergerät verbunden sein.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann es alternativ auch vorgesehen sein, dass die Auswerteeinheit 64 über eine Funkverbindung mit dem Steuergerät verbunden ist, bei der es sich beispielsweise um eine Bluetooth-Verbindung oder um eine Wireless-LAN-Verbindung (LAN: Local Area Network) handeln kann.
Bei dem Steuergerät kann es sich beispielsweise um ein Steuergerät handeln, welches anhand der Auswertung des Knickwinkelsignals ein Schleudern des Anhängers erkennt und ein Warnsignal für den Fahrer des Zugfahrzeugs erzeugt, wenn ein Schleudern des Anhängers festgestellt wird. Als Warnsignal kann dabei eine Anzeige, wie beispielsweise eine im Blick feld des Fahrers angeordnete Warnleuchte, von dem Steuergerät aktiviert werden.
Ferner kann es sich bei dem Steuergerät beispielsweise um einen Simulationsrechner handeln, welcher insbesondere aus dem Knickwinkel φ die zu erwartende Bahn des Anhängers 4 beim Rückwärtsfahren berechnet, um den Fahrer beim Rückwärtsrangieren zu unterstützen.

Claims

Vorrichtung zum Bestimmen eines Knickwinkels zwischen den Längsachsen eines Zugfahrzeugs und eines Anhängers, wobei eine Anhängerdeichsel mit einer Anhängerkupplung des Zug fahrzeugs verbindbar ist, und wobei der Anhänger in einem an das Zugfahrzeug angekoppelten Zustand um eine Drehachse schwenkbar ist, dadurch gekennzeich net, dass sie zwei Elemente (24; 26) umfasst, die mittels eines ringförmigen Drehgelenks (28) schwenkbar miteinander verbunden sind, – wobei ein erstes Element (24) in einer Lage an einer Anhängerdeichsel (14, 16) montierbar ist, in der die Drehachse (20) im Wesentlichen durch den Mittelpunkt des Drehgelenks (28) verläuft, und – wobei ein zweites Element (26) beim Ankuppeln des Anhängers (4) auf einen Kupplungsschaft (10) der Anhängerkupplung aufsteckbar ist, und – dass ein als Ringsegment eines konzentrisch zu dem Mittelpunkt des Drehgelenks (28) angeordneten Rings ausgebildeter Codeträger (60) drehfest an einem der Elemente (24; 26) befestigt ist, – wobei der Codeträger (60) von wenigstens einem an dem anderen Element (24; 26) befestigten Sensor (62) abtastbar ist, und – wobei in dem Sensor (62) Signale erzeugbar sind, welche eine Winkellage und/oder eine Änderung der Winkellage des ersten Elements (24) relativ zu dem zweiten Element (26) beschreiben.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Element (24) über dem Drehgelenk (28) angeordnet ist und zwei Seitenwände (30; 32) aufweist, die einen Zwischenraum (34) begrenzen, in den die Anhängerdeichsel (14, 16) einführbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Element (24) wenigstens ein Klemmelement (42; 44) aufweist, mit dem die Anhängerdeichsel (14, 16) zwischen den beiden Seitenwänden (30; 32) des ersten Elements (24) fest fixierbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Element (26) unter dem Drehgelenk (28) angeordnet ist und dass es zwei Seitenwände (36; 38) aufweist, die einen Zwischenraum (40) begrenzen, in welchen der Kupplungsschaft (10) der Anhängerkupplung beim Ankuppeln des Anhängers (4) einführbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Element (26) wenigstens ein Fixationselement (54) aufweist, mit dem der Kupplungsschaft (10) zwischen den beiden Seitenwänden (36; 38) fixierbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Element (24) und das zwei te Element (26) über oder unter dem Drehgelenk (28) angeordnet sind und dass jedes Element (24 oder 26) zwei Seitenwände (30; 32 bzw. 36; 38) aufweist, die Zwischenräume (34; 40) begrenzen, in die die Anhängerdeichsel (14, 16) und der Kupplungsschaft (10) der Anhängerkupplung bei angekuppeltem Anhänger (4) einführbar sind.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine durch seinen Mittelpunkt verlaufende Drehachse des Drehgelenks (28) eine Mittellängsachse des Zwischenraums (34) zwischen den beiden Seitenwänden (30; 32) des ersten Elements (24) und eine Mittellängsachse des Zwischenraums (40) zwischen den beiden Seitenwänden (36; 38) des zweiten Elements (26) in jeweils einem Punkt schneidet.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (62) signalmäßig mit einer Auswerteeinheit (64) verbunden ist, die im Bereich des den Sensor (62) tragenden Elements (24; 26) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Codeträger (60) einen Absolutcode aufweist, wobei in jeder Winkelstellung ein Codewort mittels des Sensors (62) von dem Codeträger erfassbar ist, aus dem die relative Winkelstellung des ersten Elements (24) und des zweiten Elements (26) zueinander absolut bestimmbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Codeträger (60) eine Inkrementalspur aufweist, die einen Inkrementalcode trägt, wobei aus der Abtastung des Inkrementalcodes ein Inkrementalsignal ermittelbar ist, welches die Änderung der Winkellage des ersten Elements (24) relativ zu dem zweiten Element (26) beschreibt.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Codeträger (60) in einer vorgegebenen Position auf dem Ringsegment eine Referenzmarke aufweist, die einer vorgegebenen Winkelstellung des ersten Elements (24) relativ zu dem zweiten Element (26) zugeordnet ist, wobei die vorgegebene Winkelstellung als Ausgangswert für eine Bestimmung des Knickwinkels (φ) nach Maßgabe des Inkrementalsignals dient.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkelstellung des ersten Elements (24) relativ zu dem zweiten Element (26) nach Maßgabe des Inkrementalsignals ausgehend von einem Ausgangswert von 0° ermittelbar ist, wobei ein Vorliegen des Ausgangswerts von 0° feststellbar ist, wenn eine Geradeausfahrt des Zugfahrzeugs (2) ermittelt wird.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Geradeausfahrt des Zugfahrzeugs (2) ermittelt wird, wenn eine Geschwindigkeit des Zugfahrzeugs (2) größer als ein vorgegebener Schwellenwert ist und an lenkbaren Rädern des Zugfahrzeugs (2) ein Radeinschlagswinkel von 0° für eine vorbestimmte Zeitdauer vorliegt.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein aus den Signalen des Sensors (62) mittels der Auswerteeinheit (64) ermitteltes, den Knickwinkel (φ) repräsentierendes Signal über eine Funkverbindung an ein Steuergerät übermittelbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Funkverbindung um eine Bluetooth-Verbindung oder um eine Wireless-LAN-Verbindung handelt.