DE102006008071A1 - Steuerungssystem zur Regelung der Rückwärtsfahrt eines Gespanns und Verfahren zum Betreiben eines solchen Steuerungssystems - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Steuerungssystem zur Regelung der Rückwärtsfahrt eines Gespanns (10), das ein Zugfahrzeug (12) und wenigstens einen Anhänger (14), insbesondere ein Zugfahrzeug (10) und einen einachsigen Anhänger (12), umfasst, wobei das Zugfahrzeug (12) einen elektronisch ansteuerbaren Antriebsstrang mit wenigstens einer elektronisch ansteuerbaren Lenkeinrichtung aufweist, über die ein Lenkeingriff nach Maßgabe eines von einem Fahrzeugführer über eine Lenkhandhabe (20) eingegebenen Fahrerwunsches (SDeltaTheta<SUB>01</SUB>) durchgeführt wird. Die Rückwärtsfahrt mit dem Gespann wird erleichtert, wenn Mittel zur Kraftrückkopplung auf die Lenkhandhabe (20) vorgesehen sind, wobei die Kraftrückkopplung einen sich aufgrund des Lenkeingriffs voraussichtlich ergebenden Zustand des Gespanns (10) charakterisiert.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Steuerungssystem zur Regelung der Rückwärtsfahrt eines Gespanns und ein Verfahren zum Betreiben eines Steuerungssystems nach den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.
• Rückwärtsfahren wird von vielen Verkehrsteilnehmern als deutlich schwieriger empfunden als Vorwärtsfahren. Das gilt erst recht für Gespannfahrzeuge. Fahrerassistenzsysteme können das Rückwärtsfahren erleichtern.
• Aus der Offenlegungsschrift DE 103 22 828 A1 ist ein Steuerungssystem für ein Gespann aus einem Zugfahrzeug und einem Anhänger bekannt, wobei das Zugfahrzeug einen elektronisch ansteuerbaren Antriebsstrang aufweist. Der Fahrzeugführer kann über einen Anhängerlenkwinkel-Sollwertgeber einen Soll-Anhängerlenkwinkel eingeben. Zur Vereinfachung der Rückwärtsfahrt des Gespanns ist eine Rückfahreinrichtung vorgesehen, die aus einem Ist-Anhängerlenkwinkel und dem Soll-Anhängerlenkwinkel einen modifizierten Soll-Zugfahrzeuglenkwinkel einer zur Lenkung des Zugfahrzeugs dienenden Radachse ermittelt, der im Aktivzustand der Rückfahreinrichtung in einem modifizierten Bewegungsvektor an die Stelle des tatsächlichen Soll-Zugfahrzeuglenkwinkels tritt und der bei Fahrt des Gespanns den Ist-Anhängerlenkwinkel in den Soll-Anhängerlenkwinkel überführt, wenn der modifizierte Bewegungsvektor abgearbeitet wird.
• Aufgabe der Erfindung ist es, ein Steuerungssystem und ein Verfahren zum Betreiben desselben anzugeben, das ein Rückwärtsfahren eines Gespanns insbesondere in einer Kurve für einen Fahrzeugführer weiter erleichtert.
• Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.
• Günstige Aus- und Weiterbildungen der Erfindung sind den weiteren Ansprüchen zu entnehmen.
• Das erfindungsgemäße Steuerungssystem zur Regelung der Rückwärtsfahrt eines Gespanns aus einem Zugfahrzeug und wenigstens einem Anhänger, insbesondere eines Gespanns aus einem Zugfahrzeugs und einem einachsigen Anhänger, wobei das Zugfahrzeug einen elektronisch ansteuerbaren Antriebsstrang mit wenigstens einer elektronisch ansteuerbaren Lenkeinrichtung aufweist, über die ein Lenkeingriff nach Maßgabe eines von einem Fahrzeugführer über eine Lenkhandhabe eingegebenen Fahrerwunsches durchgeführt wird, umfasst Mittel zur Kraftrückkopplung auf die Lenkhandhabe, wobei die Kraftrückkopplung einen Zustand des Gespanns charakterisiert, der sich bei Durchführung des Lenkeingriffs voraussichtlich ergeben wird.
• Der Anhänger des Gespanns kann beispielsweise ausgeführt sein als ein Einachsaufhänger, der mit einer Deichsel an dem Zugfahrzeug befestigt ist, oder als ein Sattelauflieger, der auf dem Zugfahrzeug aufliegt. Denkbar ist aber auch ein als Mehrachsanhänger ausgeführter Anhänger, der mindestens eine lenkbare Achse aufweist und der ebenfalls mit einer Deichsel an dem Zugfahrzeug befestigt ist. Ein solcher Mehrachsanhänger umfasst üblicherweise eine starre Hinterachse sowie eine durch Schwenkung der Deichsel lenkbare Vorderachse.
• Der Fahrzeugführer kann durch die Kraftrückkopplung stabile, sich stabilisierende und auch kritische Zustände des Gespanns bei Rückwärtsfahrt erfahren. Insbesondere ist eine elektronische Lenkeinrichtung vorgesehen, bei der als Lenkhandhabe ein Lenkrad oder ein Lenkhebel oder dergleichen vorgesehen ist. Der Lenkradwinkel, bzw. ein entsprechendes Signal des Lenkhebels, wird bei der elektronischen Lenkeinrichtung nicht mechanisch in einen Lenkwinkel der lenkbaren Räder des Fahrzeugs umgesetzt, sondern als Vorgabe für einen Regler benutzt.
• Bevorzugt ermöglichen die Mittel eine taktile Wahrnehmung durch den Fahrzeugführer. Dieser kann durch die taktile Wahrnehmung leicht auf die fühlbaren Zustände des Gespanns reagieren. Vorzugsweise sind die Mittel als Mensch-Maschine-Schnittstelle umgesetzt, welche die Verbindung zwischen einer Logik des Steuerungssystems, insbesondere eines Fahrerassistenzsystems, und insbesondere zu einem Regler des Steuerungssystems und dem Fahrzeugführer herstellt. Die Mensch-Maschine-Schnittstelle besteht aus einer Zustandslogik, die die unterschiedlichen Zustände des Gespanns erkennt und mittels eines Kraftprofils an der Lenkhandhabe dem Fahrzeugführer begreiflich macht.
• Vorteilhaft ist eine Zustandslogik zur Charakterisierung des Zustands des Gespanns vorgesehen. Bei einer Rückwärtsfahrt erfordert eine Kurvenfahrt ein gezieltes Einknicken des Gespanns, eine Kreisfahrt aller Teile des Gespanns sowie ein Geraderichten des Gespanns. Diese Zustände, welche das Gespann dabei einnehmen kann, insbesondere bei Rückwärtsfahrt, sind vorzugsweise unterteilt in stabile Zustände, bei denen sich alle Teile des Gespanns auf konzentrischen Kreisen bewegen können, stabilisierende Zustände, bei denen der stabile Zustand erst nach einer gewissen Fahrstrecke erreicht werden kann, und kritische Zustände, bei denen ein Geraderichten des Gespanns nicht mehr oder allenfalls erst nach einer sehr langen Fahrstrecke möglich ist.
• Zweckmäßigerweise sind Speichermittel vorgesehen, in welchen ein Kräfteprofil zur Charakterisierung des Zustands des Gespanns abgelegt ist. Wird ein bestimmter Zustand des Gespanns erkannt, kann die entsprechende Kraft auf die Lenkhandhabe wirken.
• Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass bei einem Steuerungssystem zur Regelung der Rückwärtsfahrt eines Gespanns, bei dem ein Fahrzeugführer über eine Lenkhandhabe einen Fahrerwunsch vorgibt, eine Kraftrückkopplung auf die Lenkhandhabe erfolgt, wobei die Kraftrückkopplung einen Zustand des Gespanns charakterisiert, der sich voraussichtlich ergeben wird, wenn das Steuerungssystem den dem Fahrerwunsch entsprechenden Lenkeingriff durchführt. Der Fahrzeugführer kann durch die Kraftrückkopplung den Zustand des Gespanns, beispielsweise stabil oder kritisch, unmittelbar erfühlen und daher intuitiv richtig darauf reagieren.
• Bevorzugt werden anhand des Fahrerwunsches unterschiedliche Zustände als mögliche Zustände des Gespanns erkannt.
• Bevorzugt werden die Zustände in stabil, sich stabilisierend und kritisch eingestuft.
• Es kann für einen Einknickwinkel des Gespanns, der die relative Winkellage des Anhängers bezüglich des Zugfahrzeugs bezeichnet, ein kritischer Einknickwinkel bestimmt werden, der eine Grenze des Einknickwinkels bezeichnet, bei deren Überschreitung ein Geraderichten des Gespanns bei Rückwärtsfahrt unmöglich ist.
• Ist das Gespann in einem stabilen Zustand, wirkt vorzugsweise keine Kraft auf die Lenkhandhabe. Dabei wird bevorzugt jedem Einknickwinkel ein Soll-Lenkwinkel zugeordnet, bei dem sich alle Teile des Gespanns auf konzentrischen Kreisen bewegen, was dem stabilen Zustand entspricht. Die Identifizierung des stabilen Zustands kann damit anhand eines Vergleichs des an den lenkbaren Rädern des Zugfahrzeugs eingestellten Lenkwinkels mit dem entsprechend dem Einknickwinkel geltenden Soll-Lenkwinkel erfolgen.
• Kann das Gespann erst nach einer absehbaren Fahrstrecke einen stabilen Zustand erreichen, wirkt vorzugsweise eine schwache Kraft auf die Lenkhandhabe. Bevorzugt steigt die Kraft mit einem schwachen Gradienten an, wenn die Lenkhandhabe aus der aktuellen Stellung von der dem stabilen Zustand entsprechenden Richtung weg ausgelenkt wird.
• Erreicht der durch Auslenkung der Lenkhandhabe eingegebene Fahrerwunsch den Bereich des kritischen Einknickwinkels, wirkt eine starke Kraft auf die Lenkhandhabe. Zweckmäßigerweise wird die starke Kraft ausreichend weit vor dem Erreichen des kritischen Einknickwinkels bereitgestellt, bevorzugt bereits bei einem Fahrerwunsch ab etwa 2/3 des kritischen Einknickwinkels.
• Vorzugsweise erfolgt die Kraftrückkopplung entsprechend eines Kräfteprofils, das in Abhängigkeit des vom Fahrzeugführer als Fahrerwunsch angeforderten Einknickwinkels des Gespanns derart definiert wird, dass es in einem Bereich, in dem der Fahrerwunsch dem aktuellen Einknickwinkel entspricht, eine Kerbe mit verschwindend geringer Kraft aufweist, in einem Bereich, in dem der Fahrerwunsch einem Einknickwinkel aus dem Bereich des kritischen Einknickwinkels entspricht, einen Verlauf mit hoher Kraft aufweist, und in einem Bereich zwischen der Kerbe und dem Bereich der hohen Kraft einen ausgehend von der Kerbe leicht ansteigenden Verlauf aufweist.
• Günstigerweise wird beim Loslassen der Lenkhandhabe diese durch die Kraftrückkopplung automatisch in eine stabile Position gebracht, welche dem aktuellen Einknickwinkel entspricht.
• Vorzugsweise wird der Einknickwinkel des Gespanns bei einer Rückwärtsfahrt entsprechend der Stellung der Lenkhandhabe gezielt auf einen Wert eingestellt, der sich auch bei einer Vorwärtsfahrt bei gleicher Stellung der Lenkhandhabe ergeben würde.
• Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand eines in der Zeichnung beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert, ohne auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt zu sein. Dabei zeigen:
• 1 schematisch ein bevorzugtes Steuerungssystem mit einer Mensch-Maschine-Schnittstelle,
• 2 geometrische Verhältnisse bei einem Gespann,
• 3 einen Einknickwinkel eines Anhängers bei einer Rückwärtsfahrt eines Gespanns als Funktion von d, und
• 4 ein Verlauf eines bevorzugten Kraftprofils als Funktion von Zuständen eines Gespanns.
• In den Figuren sind gleiche oder gleich wirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen beziffert.
• Zur Erläuterung der Erfindung ist der 1 ein Anwendungsfalldiagramm für ein als Fahrerassistenzsystem ausgebildetes Steuerungssystem in einem Gespann 10 zu entnehmen. Das Gespann 10 ist beispielhaft durch ein Zugfahrzeug 12 und einen einachsigen Anhänger 14 gebildet. Das Steuerungssystem umfasst eine Einheit 24 mit Sensoren und/oder Aktoren, eine Einheit 22 mit einer Logik des Assistenzsystems einschließlich deren Regler, sowie eine Einheit 16 als Mensch-Maschine-Schnittstelle. Diese umfasst eine Einheit 18 mit einer Logik der Mensch-Maschine-Schnittstelle sowie eine beispielsweise als Lenkrad ausgeführte Lenkhandhabe 20 mit einer erfindungsgemäßen Kraftrückkopplung. Die Lenkhandhabe 20 ist Bestandteil eines elektronisch ansteuerbaren Antriebsstrangs mit wenigstens einer elektronisch ansteuerbaren Lenkeinrichtung, was im üblichen Sprachgebrauch auch als „Steer-by-Wire" bezeichnet wird.
• Die einzelnen Einheiten 22, 24, 16 und das Gespann 10 kommunizieren sowohl untereinander als auch intern, etwa Einheiten 18 und 20 innerhalb der Einheit 16, und teilweise auch mit einem Fahrzeugführer 26. Die Lenkhandhabe 20 ermöglicht eine taktile Wahrnehmung der Kraftrückkopplung durch den Fahrzeugführer 26. Sie fungiert weiterhin als Eingabemittel, über das der Fahrzeugführer 26 einen einem gewünschten Kurvenradius entsprechenden Fahrerwunsch, beispielsweise durch einen Lenkradeinschlag, vorgibt. Der Fahrerwunsch stellt dabei einen Sollwert für einen sich zwischen den Längsachsen des Zugfahrzeugs 12 und Anhängers 14 einstellenden Einknickwinkels ΔΘ₀₁ dar. Der Einknickwinkel ΔΘ₀₁ des Gespanns 10 wird während der Rückwärtsfahrt fortlaufend sensorisch erfasst und auf den dem Fahrerwunsch entsprechenden Sollwert eingeregelt, wobei die Regelung vom Assistenzsystem mit den auf die Lenkeinrichtung wirkenden Reglern durch Steuerung des Lenkwinkels der lenkbaren Räder des Zugfahrzeugs 12 durchgeführt wird.
• Die Logik 18 der als Mensch-Maschine-Schnittstelle ausgebildeten Einheit 16 erkennt und charakterisiert einen Zustand s, k, stab des Gespanns 10 (4). Die Mensch-Maschine-Schnittstelle stellt die Verbindung zwischen der Logikeinheit 22 des Assistenzsystems, insbesondere zum nicht dargestellten Regler, und dem Fahrzeugführer 26 her. Weiterhin sind nicht dargestellte Speichermittel vorgesehen, in welchen ein Kräfteprofil abgelegt ist, mit dem ein vorliegender Zustand s, k, stab des Gespanns 10 dem Fahrzeugführer 26 anhand der danach an der Lenkhandhabe 20 eingestellten Kraftrückkopplung begreiflich gemacht wird.
• Es werden dem Gespann 10 bestimmte Zustände s, k, stab anhand eines Einknickwinkels ΔΘ₀₁ zugewiesen, wie in 2 näher erläutert ist, in der die kinematischen Eigenschaften anhand der Geometrie des Gespanns 10 dargelegt sind. Die kinematischen Eigenschaften des Gespanns 10 bilden die Grundlage für die Gestaltung der als Mensch-Maschine-Schnittstelle ausgebildeten Einheit 16.
• Das Zugfahrzeug 12 weist eine Längsachse 28 auf, welche durch die Koordinaten (x0, y0) und (x1, y1) der beiden Radachsen 32, 34 der gelenkten und nicht gelenkten Räder verläuft, und der Anhänger 14 weist eine Längsachse 30 auf, welche durch die Koordinate (x2, y2) der Radachse 36 des Anhängers 14 verläuft. Der Winkel ΔΘ₀₁ stellt den durch die beiden Längsachsen 28, 30 aufgespannten Einknickwinkel des Gespanns 10 dar und der Winkel Φ stellt den an den lenkbaren Rädern des Zugfahrzeugs 12 eingestellten Lenkwinkel dar. Beide Winkel ΔΘ₀₁, Φ werden zur Regelung des Lenkeingriffs fortlaufen sensorisch erfasst.
• Der Anhänger 14 ist an einem Anbindungspunkt (hx1, hy1) an einer Hinterkante des Zugfahrzeugs 12 angehängt. Der Abstand L₁ kennzeichnet den Abstand der Radachse 36 des Anhängers 14 vom Anbindungspunkt (hx1, hy1) des Zugfahrzeugs 12. M₀ bezeichnet den Abstand der Radachse 34 bzw. der Koordinate (x1, y1) der ungelenkten Räder von dem Anbindungspunkt (hx1, hy1) und L₀ den Abstand zwischen der Radachse 34 der ungelenkten Räder und der Radachse 32 der gelenkten Räder bzw. zwischen den Koordinaten (x1, y1) und (x0, y0).
• Zu jedem Einknickwinkel ΔΘ₀₁ des Gespanns 10 gibt es einen Soll-Lenkwinkel Φ(ΔΘ₀₁) derart, dass sich alle Teile des Gespanns 10 auf konzentrischen Kreisen um Fahrkreismittelpunkt M bewegen, wenn der tatsächliche Lenkwinkel Φ mit dem dem jeweiligen Einknickwinkel ΔΘ₀₁ zugehörigen Soll-Lenkwinkel Φ(ΔΘ₀₁) übereinstimmt. Diese Bewegung auf konzentrischen Kreisen wird als stabiler Zustand stab bezeichnet und unterliegt der Beziehung

  
• Durch Prüfung, ob diese Beziehung beim aktuellen Einknickwinkel ΔΘ₀₁ auch für den aktuellen Lenkwinkel Φ erfüllt ist, kann festgestellt werden, ob der aktuelle Zustand des Gespanns 10 stabil ist.
• Üblicherweise ist der Lenkbereich des Zugfahrzeugs 12 beschränkt mit |Φ| < Φmax.
• Hier begrenzt ein gleicher absoluter Grenzwert den Lenkbereich nach links und rechts; denkbar sind jedoch auch unterschiedliche Grenzwerte für links und rechts. Aus der arcus tangens-Beziehung ergeben sich aus der Beschränkung des Lenkwinkels Φ Einknickwinkel +ΔΘ_max und –ΔΘ_max, die als kritische Einknickwinkel ΔΘ_max bezeichnet werden. Sie zeichnen sich dadurch aus, dass über diese Grenzwerte hinaus in Rückwärtsfahrt kein Geraderichten des Gespanns 10 mehr möglich ist.
• Die Kurvenfahrt mit dem Gespann 10 erfordert ein gezieltes Einknicken des Gespanns 10, dann eine Kreisfahrt aller Teile des Gespanns 10 und schließlich ein Geradrichten des Gespanns. Dabei zeigt sich, dass das Einknicken und das Geraderichten keine symmetrischen Vorgänge sind. So beschleunigt sich das Einknicken des Gespanns 10 in der Nähe des kritischen Einknickwinkels ΔΘ_max, während das Geraderichten in diesem Zustand sehr langwierig sein kann. Dies wird im Diagramm der 3 ersichtlich, wo das Einknicken als Manöver (1-2) und das Geraderichten als Manöver (3-4) über eine nach rückwärts gefahrene Strecke d dargestellt ist.
• Die 3 zeigt den Verlauf des Einknickwinkels ΔΘ₀₁ beim Rückwärtsfahren um eine Ecke. Auf der Ordinate ist der Lenkwinkel Φ mit seinen Grenzwerten ±Φ_max eingetragen. Das gesamte Manöver läuft in den drei Phasen (1-2), (2-3), (3-4) ab. Das Manöver (2-3) entspricht dabei der Kreisfahrt des Gespanns 10. Je näher man dem kritischen Einknickwinkel ΔΘ_max bzw. dem entsprechenden Lenkwinkel Φ_max kommt, desto länger dauert das Geraderichten des Gespanns 10.
• Dem Fahrzeugführer 26 wird anhand eines im Steuerungssystem vorgegebenen bzw. gespeicherten Kraftprofils an der Lenkhandhabe 20 der aktuelle Zustand s, k oder stab taktil vermittelt. Dies ist in 4 erläutert.
• 4 zeigt auf der Ordinate die als Kraftrückkopplung an der Lenkhandhabe 20 rückwirkende Kraft F und auf der Abszisse den der Auslenkung der Lenkhandhabe 20 entsprechenden Einknickwinkel ΔΘ₀₁. Gemäß der Figur weist das Kräfteprofil im Bereich des aktuellen Einknickwinkels ΔΘ₀₁, der dem stabilen Zustand stab entspricht, eine Kerbe 38 mit verschwindend geringer Kraft F auf. Im Bereich des kritischen Einknickwinkels ΔΘ_max, der dem kritischen Zustand k entspricht, ist die Kraft F hingegen hoch und beträgt beispielsweise 20 N und im Bereich zwischen der Kerbe 38 und dem Bereich des kritischen Einknickwinkels ΔΘ_max, der dem stabilisierenden Zustand s entspricht, steigt die Kraft F ausgehend von der Kerbe 38 leicht an, beispielsweise bis maximal 5 N. Der Bereich des kritischen Einknickwinkels ΔΘ_max beginnt zweckmäßigerweise bereits bei etwa 2/3 des kritischen Einknickwinkels ΔΘ_max. Gibt der Fahrzeugführer 26 durch Auslenkung der Lenkhandhabe 20 einen Sollwert SΔΘ₀₁ für den Einknickwinkel ΔΘ₀₁ als Fahrerwunsch vor, wird gemäß dem Kräfteprofil eine dem Sollwert SΔΘ₀₁ entsprechende Kraft F als Kraftrückkopplung bereitgestellt, so dass der Fahrzeugführer eine Rückmeldung darüber erhält, wie weit sein Fahrerwunsch vom aktuellen Einknickwinkel ΔΘ₀₁ entfernt ist. Nach einer kurzen Fahrstrecke wird der auf die Lenkeinrichtung wirkende Regler des Assistenzsystems durch entsprechende Steuerung des Lenkwinkels Φ diesen Sollwert SΔΘ₀₁ eingeregelt haben und stabil halten. Dann wird sich die Kerbe 38 im Kraftprofil zum Sollwert SΔΘ₀₁ hin bewegen. Dagegen bleiben die Bereiche der starken Kraft F von beispielsweise 20 N fest.
• Im stabilen Zustand stab wirkt keine Kraft auf die Lenkhandhabe 20. Der Regler sorgt für die Einhaltung der stabilen Lage des Gespanns 10. Dabei liegt der Arbeitspunkt in der Kerbe 38 des Kraftprofils. Die dick ausgezogene Linie gibt die an der Lenkhandhabe wirkende wieder.
• Im stabilisierenden Zustand s wirkt eine schwache Kraft von wenigen Newton mit einem schwach ansteigenden Gradienten bei zunehmendem Abstand zwischen dem Sollwert SΔΘ₀₁ und dem aktuellen Einknickwinkel ΔΘ₀₁. Der Einknickwinkel ΔΘ₀₁ kann erst nach einer entsprechenden Fahrtstrecke auf den Sollwert SΔΘ₀₁ eingeregelt werden. Die Kerbe 38 des Kräfteprofils liegt beim aktuellen Einknickwinkel ΔΘ₀₁, der sich durch die Regelung auf den Sollwert SΔΘ₀₁ zu bewegt. Auf diesem Weg fühlt der Fahrzeugführer 26, dass die wirkende Kraft F an der Lenkhandhabe 20 nachlässt und bei Erreichen der stabilen Lage völlig verschwindet.
• Im kritischen Zustand k wirkt eine starke Kraft auf die Lenkhandhabe 20. Die starke Kraft, gegen die der Fahrzeugführer 26 anlenkt, markiert den Bereich kritischer Einknickwinkel ΔΘ_max, bei denen ein Geraderichten des Gespanns 10 nicht mehr gelingt. Für ein sicheres, vom Regler beherrschbares Manöver sollte dieser Bereich sinnvollerweise vermieden werden.
• Um unter anderem die Dauer des Geraderichtens des Gespanns 10 gering zu halten, sollte der Bereich der starken Kraft spätestens bei |ΔΘ01| ≥ 23 ·ΔΘmax beginnen.
• Die Vorteile des beschriebenen Steuerungssystems mit der Mensch-Maschine-Schnittstelle können an zwei typischen Fahrmanövern verdeutlicht werden.
• Bei einer Fahrt geradeaus rückwärts kann die Lenkhandhabe 20 gegebenenfalls gegen eine leichte Kraft F in Geradeausstellung gebracht werden. Nach einer kurzen Fahrstrecke ist die stabile Geradeausfahrt erreicht und die Kraft F verschwindet.
• Bei einer Fahrt rückwärts um eine Ecke und anschließendem Geraderichten des Gespanns 10 kann die Lenkhandhabe 20 gegebenenfalls gegen eine leichte Kraft F in eine Position gebracht werden, die man auch bei einer Vorwärtsfahrt um die Ecke zum Durchfahren des gleichen Bogens einstellen würde. Es erweist sich hier als besonders zweckmäßig, die Lenkhandhabe 20 bis zum Einsetzen der starken Kraft F zu bewegen. Nach einer kurzen Fahrstrecke verschwindet die Kraft F, und das Gespann 10 bewegt sich auf einer stabilen Kreisfahrt. Unmittelbar bevor der Anhänger 14 die gewünschte Position erreicht, ist die Lenkhandhabe 20 für das Geraderichten des Gespanns gegen eine leichte Kraft F auf ihre Neutralstellung zu stellen. Bei einem Lenkrad entspricht dies beispielsweise einem Lenkradeinschlag Null.
• In allen Fällen gilt, dass ein Loslassen der Lenkhandhabe 20 durch den Fahrzeugführer bewirkt, dass sich die Lenkhandhabe 20, insbesondere ein Lenkrad, durch das Kraftprofil in die stabile Lage begibt, die dem aktuellen Einknickwinkel ΔΘ₀₁ entspricht. In dieser Position kann der Lenkwinkel Φ auch bei stillstehendem Gespann 10 auf den dem aktuellen Einkickwinkel ΔΘ₀₁ entsprechenden Soll-Lenkwinkel Φ(ΔΘ₀₁) eingeregelt werden, womit der stabile Zustand stab erreicht wird. Damit wird ein Ausbrechen des Anhängers 14 verhindert.

10

Gespann

12

Zugfahrzeug

14

Anhänger

16

Mensch-Maschine-Schnittstelle

18

Logikeinheit

20

Lenkhandhabe

22

Logik Assistenzsystem

24

Sensorik/Aktorik

26

Fahrzeugführer

28

Längsachse Zugfahrzeug

30

Längsachse Anhänger

Φ

Lenkwinkel

ΔΘ₀₁

Einknickwinkel

Θ₀

Winkel zwischen Längsachse 28 und einer Parallelen zur Abszisse eines Koordinatensystems

01

Winkel zwischen Längsachse 30 und einer Parallelen zur Abszisse eines Koordinatensystems

Θ_max

kritischer Einknickwinkel

L1

Abstand Achse-Deichsel Anhänger

L0

Achsabstand Zugfahrzeug

M0

Abstand Achse-Deichsel Zugfahrzeug

k

kritischer Zustand

Stab

stabiler Zustand

s

stabilisierender Zustand

(x₀, y₀)

Koordinate der Vorderachse des Zugfahrzeugs

(x₁, y₁)

Koordinate der Hinterachse des Zugfahrzeugs

(x₂, y₂)

Koordinate der Achse des Anhängers

(hx₀, hy₀)

Koordinate des Anbindungspunkts des Zugfahrzeugs

M

Fahrkreismittelpunkt

d

Strecke

F

Kraft

Claims (18)

1. Steuerungssystem zur Regelung der Rückwärtsfahrt eines Gespanns (10), das ein Zugfahrzeug (12) und wenigstens einen Anhänger (14), insbesondere ein Zugfahrzeug (12) und einen einachsigen Anhänger (14), umfasst, wobei das Zugfahrzeug (12) einen elektronisch ansteuerbaren Antriebsstrang mit wenigstens einer elektronisch ansteuerbaren Lenkeinrichtung aufweist, über die ein Lenkeingriff nach Maßgabe eines von einem Fahrzeugführer (26) über eine Lenkhandhabe (20) eingegebenen Fahrerwunsches (SΔΘ₀₁) durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Kraftrückkopplung auf die Lenkhandhabe (20) vorgesehen sind, wobei die Kraftrückkopplung einen Zustand (s, k, stab) des Gespanns (10) charakterisiert, der sich bei Durchführung des Lenkeingriffs ergeben wird.
2. Steuerungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Kraftrückkopplung eine taktile Wahrnehmung der Kraftrückkopplung durch den Fahrzeugführer (26) ermöglichen.
3. Steuerungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der die Kraftrückkopplung charakterisierende Zustand (s, k, stab) des Gespanns (10) einen stabilen Zustand (stab), einen stabilisierenden Zustand (s) und einen kritischen Zustand (k) umfasst, wobei der stabile Zustand (stab) dann vorliegt, wenn alle Teile des Gespanns (10) sich bei der Fortsetzung der Rückwärtsfahrt auf konzentrischen Kreisen bewegen, der stabilisierende Zustand (s) dann vorliegt, wenn der stabile Zustand (stab) bei Fortsetzung der Rückwärtsfahrt innerhalb einer absehbaren Fahrstrecke erreichbar ist, und der kritische Zustand (k) dann vorliegt, wenn ein Geraderichten des Gespanns bei Fortsetzung der Rückwärtsfahrt nicht mehr oder nur nach einer langen Fahrstrecke möglich ist.
4. Steuerungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zustandslogik (18) zur Charakterisierung des Zustands des Gespanns (10) vorgesehen ist.
5. Steuerungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Speichermittel vorgesehen sind, in welchen ein Kräfteprofil zur Charakterisierung des Zustands (s, k, stab) des Gespanns (10) abgelegt ist.
6. Steuerungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkhandhabe (20) als Lenkrad oder Lenkhebel ausgeführt ist.
7. Verfahren zum Betreiben eines Steuerungssystems zur Regelung der Rückwärtsfahrt eines Gespanns (10), das ein Zugfahrzeug (12) und wenigstens einen Anhänger (14), insbesondere ein Zugfahrzeug (12) und einen einachsigen Anhänger (14), umfasst, wobei das Zugfahrzeug (12) einen elektronisch ansteuerbaren Antriebsstrang mit wenigstens einer elektronisch ansteuerbaren Lenkeinrichtung aufweist, über die ein Lenkeingriff nach Maßgabe eines von einem Fahrzeugführer (26) des Zugfahrzeugs (12) über eine Lenkhandhabe (20) eingegebenen Fahrerwunsches (SΔΘ₀₁) durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kraftrückkopplung auf die Lenkhandhabe (20) erfolgt, wobei die Kraftrückkoplung einen Zustand des Gespanns (10) charakterisiert, der sich bei Durchführung des Lenkeingriffs ergeben wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass unterschiedliche Zustände (s, k, stab) als mögliche Zustände des Gespanns (10) anhand des Fahrerwunsches (SΔΘ₀₁) erkannt werden.
9. Verfahren nach einem Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass keine Kraft (F) als Kraftrückkopplung auf die Lenkhandhabe (20) wirkt, wenn der Fahrerwunsch (SΔΘ₀₁) einem stabilen Zustand (stab) des Gespanns (10) entspricht, in dem sich bei Fortsetzung der Rückwärtsfahrt alle Teile des Gespanns (10) auf konzentrischen Kreisen bewegen.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine schwache Kraft (F) als Kraftrückkopplung auf die Lenkhandhabe (20) wirkt, wenn der Fahrerwunsch (SΔΘ₀₁) einem sich stabilisierenden Zustand (s) des Gespanns (10) entspricht, der einen Zustand charakterisiert, der bei Fortsetzung der Rückwärtsfahrt nach einer absehbaren Fahrstrecke in den stabilen Zustand (stab) überführbar ist.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die als Kraftrückkopplung auf die Lenkhandhabe (20) wirkende Kraft (F) bei einer Auslenkung der Lenkhandhabe (20) weg von einer dem stabilen Zustand (stab) entsprechenden Stellung mit einem schwachen Gradienten ansteigt.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine starke Kraft (F) als Kraftrückkopplung auf die Lenkhandhabe (20) wirkt, wenn der Fahrerwunsch (SΔΘ₀₁) einem kritischen Zustand des Gespanns (10) entspricht, in dem bei Fortsetzung der Rückwärtsfahrt ein Geraderichten des Gespanns nicht mehr oder nur nach einer langen Fahrstrecke möglich ist.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein kritischer Einknickwinkel (ΔΘ_max) als Grenze eines Einknickwinkel (ΔΘ₀₁) des Gespanns (10) bestimmt wird, bei deren Überschreitung ein Geraderichten des Gespanns (10) bei Rückwärtsfahrt unmöglich ist.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die starke Kraft (F) als Kraftrückkopplung bereitgestellt wird, wenn der Fahrerwunsch (SΔΘ₀₁) im Bereich des kritischen Einknickwinkels (ΔΘ_max) liegt, insbesondere in einem Bereich von mehr als 2/3 des kritischen Einknickwinkels (ΔΘ_max).
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Einknickwinkel (ΔΘ₀₁) ein Soll-Lenkwinkel (Φ(ΔΘ₀₁)) derart zugeordnet wird, dass sich alle Teile des Gespanns (10) auf konzentrischen Kreisen bewegen, und dass die Identifizierung des stabilen Zustands (stab) des Gespanns (10) auf einem Vergleich des momentanen Lenkwinkels (Φ) mit dem jeweils geltenden Soll-Lenkwinkel (Φ(ΔΘ₀₁)) basiert.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass beim Loslassen der Lenkhandhabe (20) diese durch die Kraftrückkopplung automatisch in eine dem aktuellen Einknickwinkel (ΔΘ₀₁) entsprechende stabile Position gebracht wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Einknickwinkel (ΔΘ₀₁) bei einer Rückwärtsfahrt des Gespanns (10) entsprechend der Stellung der Lenkhandhabe (20) gezielt auf den gleichen Wert eingestellt wird, der sich auch bei einer Vorwärtsfahrt bei gleicher Stellung der Lenkhandhabe (20) ergeben würde.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftrückkopplung entsprechend eines Kräfteprofils (F) erfolgt, das von dem als Fahrerwunsch (ΔΘ₀₁) angeforderten Einknickwinkel (ΔΘ₀₁) des Gespanns (10) derart abhängig ist, dass es – in einem Bereich, in dem der Fahrerwunsch (ΔΘ₀₁) dem aktuellen Einknickwinkel (ΔΘ₀₁) entspricht, eine Kerbe (38) mit verschwindend geringer Kraft aufweist, – in einem Bereich, in dem der Fahrerwunsch (ΔΘ₀₁) einem Einknickwinkel (ΔΘ₀₁) aus dem Bereich des kritischen Einknickwinkels (ΔΘ_max) entspricht, einen Verlauf mit hoher Kraft aufweist, – in dem Bereich zwischen der Kerbe (38) und dem Bereich der hohen Kraft einen ausgehend von der Kerbe (38) leicht ansteigenden Verlauf aufweist.