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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Winkels zwischen einem Fahrzeug und einem daran befestigten Anhänger.
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Das Rangieren, insbesondere das Rückwärtsfahren, mit einem Fahrzeug und einem daran befestigten Anhänger erfordert in der Regel viel Können und Konzentration des Fahrers. Daher sind verschiedenste Systeme bekannt, um insbesondere das Rückwärtsfahren mit Anhänger zu erleichtern. Einige Systeme unterstützen dabei den Fahrer beim Rangieren, andere Systeme übernehmen das Rangieren (fast) vollständig.
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Aus der Druckschrift
EP 1 081 020 A2 ist beispielsweise eine Lenkvorrichtung für landwirtschaftliche Anhänger bekannt. Die Druckschrift
DE 101 54 612 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Lenken eines Zugfahrzeuges mit einem Anhänger bei Rückwärtsfahrt. In der Druckschrift
DE 10 2013 000 198 A1 ist eine Vorrichtung zum Rangieren eines Anhängers beschrieben.
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Bekannte Systeme bestimmen eine Position des Anhängers in Bezug auf das Fahrzeug häufig mittels Rückfahrkameras oder Abstandssensoren, welche im Heckbereich des Fahrzeugs angeordnet sind. Aber auch im Anhänger können verschiedenste Sensoren angeordnet sein. Die Systeme sind meist nur aufwändig realisierbar. Zudem besteht meist nicht die Möglichkeit, derartige Systeme nachzurüsten. Meist können diese nur bei Neufahrzeugen realisiert werden.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, mit welchen einfach und kostengünstig ein Winkel zwischen einem Fahrzeug und einem daran befestigten Anhänger bestimmt werden kann, wobei die Vorrichtung leicht bei Fahrzeugen nachgerüstet werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und eine Vorrichtung gemäß Anspruch 7 gelöst. Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand von abhängigen Ansprüchen.
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Es wird ein Verfahren zur Bestimmung eines Winkels zwischen der Mittelachse eines Fahrzeugs und der Mittelachse eines mit dem Fahrzeug verbundenen Anhängers offenbart. Das Verfahren weist das Bestimmen einer relativen Drehung des Fahrzeugs um dessen Hochachse und das Bestimmen einer relativen Drehung des Anhängers um dessen Hochachse auf. Der Winkel zwischen der Mittelachse des Fahrzeugs und der Mittelachse des mit dem Fahrzeug verbundenen Anhängers wird wenigstens anhand der relativen Drehung des Fahrzeugs und der relativen Drehung des Anhängers bestimmt.
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Der Winkel kann dadurch auf einfache Art und Weise und ohne viele Komponenten bestimmt werden.
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Der Winkel zwischen der Mittelachse des Fahrzeugs und der Mittelachse des mit dem Fahrzeug verbundenen Anhängers kann weiterhin anhand zusätzlicher Parameter bestimmt werden.
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Die zusätzlichen Parameter können beispielsweise eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs aufweisen. Anhand der relativen Drehungen sowie einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs ist es möglich, den Winkel zwischen Fahrzeug und Anhänger zu bestimmen. Die Geschwindigkeit des Fahrzeugs kann einfach mittels entsprechender Geschwindigkeitssensoren bestimmt werden. Die zusätzlichen Parameter können alternativ oder zusätzlich auch einen Lenkwinkel des Fahrzeugs aufweisen. Auch anhand der relativen Drehungen sowie eines Lenkwinkels des Fahrzeugs ist es möglich, den Winkel zwischen Fahrzeug und Anhänger zu bestimmen.
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Der Winkel kann beispielsweise aus dem Ausgangssignal eines Kalman-Filters abgeleitet werden. Dies stellt eine einfache Art und Weise der Bestimmung des Winkels dar, da ein Kalman-Filter einfach realisiert werden kann. Dabei können die relative Drehung des Fahrzeugs um dessen Hochachse, die relative Drehung des Anhängers um dessen Hochachse und die zusätzlichen Parameter als Eingangsgrößen des Kalman-Filters verwendet werden.
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Das Verfahren kann weiterhin das Bestimmen einer Trajektorie des Anhängers relativ zu dem Fahrzeug aufweisen. Dadurch können dem Fahrer mehr Informationen zu Verfügung gestellt werden.
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Eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Winkels zwischen der Mittelachse eines Fahrzeugs und der Mittelachse eines mit dem Fahrzeug verbundenen Anhängers weist einen ersten Sensor auf, der dazu ausgebildet ist, eine relative Drehung des Fahrzeugs um dessen Hochachse zu detektieren. Die Vorrichtung weist weiterhin einen zweiten Sensor auf, der dazu ausgebildet ist, eine relative Drehung des Anhängers um dessen Hochachse zu detektieren. Die Vorrichtung weist weiterhin eine Auswerteeinheit auf, die dazu ausgebildet ist, den Winkel zwischen der Mittelachse des Fahrzeugs und der Mittelachse des mit dem Fahrzeug verbundenen Anhängers wenigstens anhand der relativen Drehung des Fahrzeugs und der relativen Drehung des Anhängers zu bestimmen.
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Eine derartige Vorrichtung kann sowohl serienmäßig in Neufahrzeugen vorgesehen werden, als auch bei älteren Fahrzeugen nachgerüstet werden. Die Bestimmung des Winkels zwischen Fahrzeug und Anhänger erfolgt ohne komplizierte Sensoren und Auswerteeinheiten.
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Der erste Sensor kann am Fahrzeug angeordnet und der zweite Sensor kann am Anhänger angeordnet sein, um jeweils die Drehung um die Hochachse bestimmen zu können.
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Der erste Sensor und der zweite Sensor können jeweils einen Gyrosensor aufweisen, der entlang der Hochachse des Fahrzeugs bzw. des Anhängers ausgerichtet ist. Durch die entsprechende Ausrichtung können einfach die Drehungen um die Hochachsen bestimmt werden.
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Die Vorrichtung kann weiterhin einen Geschwindigkeitssensor aufweisen, der dazu ausgebildet ist, eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu bestimmen. Sind die relative Drehung des Fahrzeugs und des Anhängers sowie die Geschwindigkeit des Fahrzeugs bekannt, kann der Winkel zwischen Fahrzeug und Anhänger bestimmt werden.
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Auch anhand einer Lenkradstellung kann der Winkel zwischen Fahrzeug und Anhänger bestimmt werden, wofür die Vorrichtung weiterhin einen Lenkwinkelsensor aufweisen kann, der dazu ausgebildet ist, eine Lenkradstellung des Fahrzeugs zu bestimmen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren der Zeichnung näher erläutert, wobei gleiche oder ähnliche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen sind. Es zeigt:
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1 in einer skizzenhaften Darstellung eine seitliche Ansicht eines Sattelkraftfahrzeugs mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
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2 in einer skizzenhaften Darstellung eine Draufsicht auf ein Sattelkraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei Zugfahrzeug und Anhänger in einer Linie zueinander ausgerichtet sind,
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3 in einer skizzenhaften Darstellung eine Draufsicht auf ein Sattelkraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei Zugfahrzeug und Anhänger einen Winkel zueinander aufweisen,
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4 in einer skizzenhaften Darstellung eine Draufsicht auf ein Zugfahrzeug und einen Starrdeichselanhänger mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei Zugfahrzeug und Anhänger in einer Linie zueinander ausgerichtet sind,
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5 in einer skizzenhaften Darstellung eine Draufsicht auf ein Zugfahrzeug und einen Starrdeichselanhänger mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei Zugfahrzeug und Anhänger einen Winkel zueinander aufweisen,
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6, umfassend die 6A–6C, in skizzenhafter Darstellung den Ablauf der Montage einer erfindungsgemäßen Vorrichtung anhand von Seitenansichten eines Sattelkraftfahrzeugs, und
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7 in einem Ablaufdiagramm beispielhaft ein erfindungsgemäßes Verfahren.
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1 zeigt in einer skizzenhaften Darstellung eine seitliche Ansicht eines Sattelkraftfahrzeugs 1. Das Sattelkraftfahrzeug 1 weist eine Sattelzugmaschine 11 und einen Sattelanhänger 12 auf. Der Sattelanhänger 12 (oft auch als Sattelauflieger bezeichnet) weist keine Vorderachse auf, sondern liegt mit seinem Vorderteil auf der Sattelzugmaschine 11 auf. Die Sattelzugmaschine 11 weist einen ersten Sensor 21 auf. Der erste Sensor 21 kann dabei an beliebiger Stelle der Sattelzugmaschine 11 angeordnet sein. Der Sattelanhänger 12 weist einen zweiten Sensor 22 auf. Auch der zweite Sensor 22 kann an beliebiger Position am Sattelanhänger 12 angeordnet sein. Die Sattelzugmaschine 11 weist weiterhin eine Auswerteeinheit 3 auf, die mit dem ersten Sensor 21 und mit dem zweiten Sensor 22 verbunden ist. Die Auswerteeinheit 3 kann anstatt an der Sattelzugmaschine 11 jedoch beispielsweise auch am Sattelanhänger 12 angeordnet sein.
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Der erste Sensor 21 ist dazu ausgebildet, eine relative Bewegung der Sattelzugmaschine 11 um seine Hochachse zu bestimmen. Die Hochachse der Sattelzugmaschine 11 ist dabei parallel zu der z-Achse des in 1 dargestellten Koordinatensystems angeordnet. Der zweite Sensor 21 ist dazu ausgebildet, eine relative Bewegung des Sattelanhängers 12 um seine Hochachse zu bestimmen. Die Hochachse des Sattelanhängers 12 ist ebenfalls parallel zu der z-Achse des in 1 dargestellten Koordinatensystems angeordnet.
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2 zeigt schematisch eine Draufsicht auf ein Sattelkraftfahrzeug 1. Die Sattelzugmaschine 11 weist eine Mittelachse a11 und der Sattelanhänger 12 weist eine Mittelachse a12 auf. Sattelzugmaschine 11 und Sattelanhänger 12 sind dabei in einer Linie zueinander ausgerichtet, so dass die beiden Mittelachsen a11, a12 einander im Wesentlichen entsprechen.
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3 zeigt ebenfalls schematisch eine Draufsicht auf ein Sattelkraftfahrzeug 1. Sattelzugmaschine 11 und Sattelanhänger 12, bzw. deren Mittelachsen a11, a12 sind dabei jedoch in einem Winkel α zueinander angeordnet. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn das Sattelkraftfahrzeug 1 um eine Kurve fährt.
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Der erste und der zweite Sensor 21, 22 können jeweils ein Gyroskop aufweisen. Ein Gyroskop ist ein Lagesensor, der auf kleinste Beschleunigungen, Drehbewegungen oder Lageänderungen reagiert. Gyroskope arbeiten häufig nach dem Piezoeffekt. Dabei werden zwei Piezoelemente durch Anlegen einer Spannung in Schwingungen versetzt. Bei einer Richtungsänderung wirkt eine Kraft auf die Schenkel der Piezoelemente, wodurch sich diese verbiegen und eine Spannung generieren. Die erfasste Drehbewegung wird meist in einer Spannungsänderung bezogen auf die Drehgeschwindigkeit angegeben (Millivolt pro Grad Drehbewegung pro Sekunde). Der erste und der zweite Sensor 21, 22 können dabei jeweils auch einen Temperatursensor aufweisen (nicht dargestellt), der dazu ausgebildet ist die Sensortemperatur zu ermitteln. Ist die Sensortemperatur bekannt, kann eine Temperaturkompensation eines meist vorhandenen Offset-Drifts erfolgen.
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So kann die relative Bewegung der Sattelzugmaschine 11 wie auch die relative Bewegung des Sattelanhängers 12 bestimmt werden. Alleine aus den durch den ersten und den zweiten Sensor 21, 22 bereitgestellten Daten ist es jedoch nicht möglich eine relative Lage der Sattelzugmaschine 11 zu dem Sattelanhänger 12 zu bestimmen. Um den Winkel α zwischen den Mittelachsen a11, a12 der Sattelzugmaschine 11 und des Sattelanhängers 12 zu bestimmen sind noch zusätzliche Informationen erforderlich. Beispielsweise kann eine Geschwindigkeit des Sattelkraftfahrzeugs 1 mit berücksichtigt werden. Ist diese bekannt, kann die relative Lage der Sattelzugmaschine 11 und des Sattelanhängers 12 zueinander bestimmt werden. Die Geschwindigkeit kann zudem einen Hinweis darauf geben, ob sich das Fahrzeug 1 in Vorwärts- oder in Rückwärtsrichtung bewegt. Aus der Geschwindigkeit kann zudem darauf geschlossen werden wie weit sich das Fahrzeug 1 in eine Richtung bewegt. Daraus kann die Positionsänderung des Fahrzeugs in der Straßenebene (Exy) ermittelt werden.
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Der Winkel α kann beispielsweise aus dem Ausgangssignal eines Kalman-Filters abgeleitet werden, das die von den Sensoren 21, 22 bereitgestellten Signale sowie die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 1 als Parameter verwendet. Die Bestimmung des Winkels α kann beispielsweise in der Auswerteeinheit 3 (1) erfolgen. Anstatt oder zusätzlich zu einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs kann beispielsweise auch eine Lenkradstellung mit berücksichtigt werden. Der ermittelte Winkel des Lenkrades kann auch dafür verwendet werden, um die vom ersten Sensor 21 ermittelten Drehraten auf ihre Plausibilität hin zu überprüfen.
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Die Sensoren 21, 22 sind jeweils in der z-Achse (Hochachse) ausgerichtet, so dass sie eine Drehung um die z-Achse entsprechend ermitteln können. Die Lage des ersten Sensors 21 an der Sattelzugmaschine sowie des zweiten Sensors am Sattelanhänger 12 können beliebig gewählt werden. Die Sensoren 21, 22 sind dazu ausgebildet, eine Drehung um die z-Achse zu detektieren. Eine Geschwindigkeit des Sattelkraftfahrzeugs 1 kann beispielsweise über entsprechende Sensoren an den Rädern des Fahrzeugs 1 ermittelt werden. Dies können beispielsweise Geschwindigkeitssensoren oder Hodometer sein. Die Lenkradstellung kann beispielsweise mittels eines entsprechenden Lenkwinkelsensors bestimmt werden.
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Aus den vom ersten und zweiten Sensor 21, 22 ermittelten Signalen sowie den zusätzlichen Informationen kann neben dem Winkel α zwischen Sattelzugmaschine 11 und Sattelanhänger 12 beispielsweise auch die Trajektorie des Sattelanhängers 12 relativ zur Sattelzugmaschine 11 bestimmt werden. Dies ist sowohl bei Vorwärtsfahrt als auch bei Rückwärtsfahrt möglich.
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Dem Fahrer des Sattelkraftfahrzeugs 1 können die ermittelten Werte beispielsweise auf einem Display im Armaturenbrett angezeigt werden. Es besteht jedoch beispielsweise auch die Möglichkeit die Werte in einem digitalen Spiegel (auch Smart Mirror genannt) anzuzeigen. Dabei kann eine Anzeige im Rahmen so genannter Surround View Systeme erfolgen, bei welchen eine Abbildung des Fahrzeugs 1 aus der Vogelperspektive (Top View) dargestellt wird.
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Das System kann nicht nur, wie anhand der 1 bis 3 dargestellt, bei Sattelkraftfahrzeugen 1 Verwendung finden. Vielmehr kann es auch bei jeglicher anderer Art von Fahrzeug mit Anhänger verwendet werden. In den 4 und 5 ist beispielsweise ein Fahrzeug 31 (z.B. ein PKW) mit einem Starrdeichselanhänger 32 dargestellt. In 4 sind Fahrzeug 31 und Anhänger 32 in einer Linie zueinander ausgerichtet, so dass ihre Mittelachsen a31, a32 im Wesentlichen in einer Linie liegen. In 5 weisen Fahrzeug 31 und Anhänger 32 einen Winkel α zueinander auf. Der erste Sensor 21 kann wie bereits in Bezug auf die 1 bis 3 erläutert an beliebiger Stelle im Fahrzeug 31 angeordnet sein. Der zweite Sensor 22 kann ebenfalls an beliebiger Stelle des Anhängers 32 angeordnet sein. So kann der zweite Sensor 22 beispielsweise entlang der Deichsel angeordnet werden. Der zweite Sensor 22 kann jedoch auch an jeder beliebigen anderen Stelle des Anhängers 32 angebracht werden.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann bereits ab Werk in Fahrzeugen und Anhängern verbaut werden. Die Vorrichtung kann jedoch auch beispielsweise zum Nachrüsten von Fahrzeugen und Anhängern angeboten werden.
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Anhand der 6A–6C wird beispielhaft die Montage einer Vorrichtung anhand eines Sattelkraftfahrzeugs 1 beschrieben. Wie in 6A dargestellt, können zunächst beide Sensoren 21, 22 sowie die Auswerteeinheit 3 in der Sattelzugmaschine 11 angeordnet sein. Wird ein Sattelanhänger 12 mit der Sattelzugmaschine 11 verbunden (6B), kann der zweite Sensor 22 an diesem angebracht werden, während der erste Sensor 21 und die Auswerteeinheit an der Sattelzugmaschine 11 verbleiben (6C). Die Sensoren 21, 22 können beispielsweise mittels Magneten am Rahmen der Sattelzugmaschine 11 bzw. des Sattelanhängers 12 angebracht werden. Häufig wird ein Zugfahrzeug mit verschiedensten Anhängern verbunden. So kann ein Zugfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Anordnung ausgestattet werden, welche mit jedem beliebigen Anhänger verbunden werden kann.
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Da die Lage der Sensoren 21, 22 am Zugfahrzeug bzw. am Anhänger nicht bekannt sein muss, kann eine Lernphase vorgesehen sein. Beispielsweise kann ein Nutzer nach dem Anbringen der Sensoren 21, 22 Zugfahrzeug und Anhänger in einer Linie zueinander ausrichten (α = 0) und dies manuell, z.B. über eine entsprechende Taste, bestätigen. Es ist jedoch auch möglich, dass ein Versetzen eines Sensors 21, 22, z.B. vom Zugfahrzeug an den Anhänger, automatisch erkannt und die neue Lage des Sensors 21, 22 ermittelt wird. Es könnte weiterhin eine Lernphase während der Fahrt stattfinden.
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7 zeigt anhand eines Ablaufdiagrammes beispielhaft ein erfindungsgemäßes Verfahren. In einem ersten Schritt kann dabei zunächst die relative Drehung des Fahrzeugs 11, 31 um dessen Hochachse bestimmt werden (Schritt 601). Gleichzeitig oder direkt anschließend kann die relative Drehung des Anhängers 12, 32 um dessen Hochachse bestimmt werden (Schritt 602). Aus den relativen Drehungen sowie weiterer fahrzeugbezogener Daten (z.B. Geschwindigkeit oder Lenkradstellung) kann dann der Winkel zwischen Fahrzeug 11, 31 und Anhänger 12, 32 bestimmt werden (Schritt 603).
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1081020 A2 [0003]
- DE 10154612 A1 [0003]
- DE 102013000198 A1 [0003]
