DE102016219390A1

DE102016219390A1 - Verfahren zur Stabilisierung eines Kraftfahrzeuggespanns, Zugmaschine sowie Kraftfahrzeuggespann

Info

Publication number: DE102016219390A1
Application number: DE102016219390.2A
Authority: DE
Inventors: Daniel Wolf; Stefan Prebeck; Eberhard Wilks; Manuel Götz
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2016-10-06
Filing date: 2016-10-06
Publication date: 2018-04-12

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Stabilisierung eines Kraftfahrzeuggespanns (10), bestehend aus einer Zugmaschine (1) und einem Anhänger (2), wobei ein Knickwinkel (α) des Anhängers (2) gegenüber der Zugmaschine (1) erfasst wird. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass der Knickwinkel (α) mittels eines optischen Sensors (9) erfasst wird. Die Erfindung betrifft weiterhin ein entsprechende Zugmaschine (1) und ein entsprechendes Kraftfahrzeuggespann (10).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Stabilisierung eines Kraftfahrzeuggespanns gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, eine Zugmaschine gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 12 sowie ein Kraftfahrzeuggespann gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 13.
Im Stand der Technik sind landwirtschaftliche bzw. forstwirtschaftliche Arbeitsmaschinen sowie unterschiedliche Gattungen von Anhängern für derartige Arbeitsmaschinen bekannt. Für den Zugbetrieb einer Zugmaschine mit einem derartigen Anhänger ist es weiterhin bekannt, dass das solcherart aus Zugmaschine und Anhänger gebildete Gespann während der Fahrt und insbesondere bei Bremsmanövern auf geeignete Weise stabilisiert werden muss. Dies kann beispielswese durch eine besondere Softwareerweiterung des sog. Elektronischen Stabilisierungsprogrammes erfolgen, wobei mittels dieser Softwareerweiterung frühzeitig eine Instabilität des mitgeführten Anhängers, etwa durch nicht angepasste Geschwindigkeit oder eine rutschige Fahrbahnoberfläche, erkannt werden kann. Mittels gezielter Eingriffe in das Brems- bzw. Motormanagement kann das Gespann beruhigt und ein Ausbrechen des Anhängers verhindert werden.
In diesem Zusammenhang beschreibt die DE 34 04 930 A1 einen Kraftfahrzeug-Gliederzug, bestehend aus einem Zugwagen und einem Anhänger. Der Anhänger weist mindestens zwei Achsen mit Rädern auf und ist über eine Kupplungseinrichtung mittels einer Deichsel an einem Lagerbock des Zugwagens angekuppelt. Die hintere Achse des Anhängers ist zur Lenkung der Räder als Nachlaufachse ausgebildet. Der Vorderteil der Deichsel ist zur seitlichen Auslenkung am Lagerbock des Zugwagens um eine Vertikalachse schwenkbar angelenkt und unabhängig von der Nachlauf-Vorderachse am Anhänger angeordnet. Weiterhin ist die Deichsel mit ihrem Hinterende am Rahmen des Anhängers gegen seitliche Ausschwenkung starr und ausschließlich um eine zur Wagenlänge quer verlaufende Horizontalachse schwenkbar angeordnet. Somit können vergleichsweise stabilere Fahreigenschaften des Kraftfahrzeug-Gliederzugs erzielt werden.
Aus der DE 198 12 719 A1 ist eine Zugabstimmungssteuerung zur Angleichung der Abbremsung von Zugfahrzeug und Anhänger bekannt. Gemäß der DE 198 12 719 A1 wird ein Kraftsensor in der Deichsel eingesetzt, um beim Bremsen zu gewährleisten, dass der Anhänger weder schiebt noch überbremst ist. Ein Schieben des Anhängers kann zu einem Einknicken des Zugs führen, während ein Überbremsen des Anhängers zum Schleudern des Zugs führen kann.
Die DE 199 64 164 A1 offenbart eine Stabilisierungseinrichtung zum Stabilisieren eines Gespanns bestehend aus einer Zugmaschine und zumindest einem Auflieger oder Anhänger, wobei die Stabilisierungseinrichtung Bremsmittel zum automatischen Abbremsen des Aufliegers oder Anhängers bei Einknicken des Aufliegers oder Anhängers gegenüber der Zugmaschine mit einer Knickgeschwindigkeit, deren Wert oder Betrag größer ist als eine vorgegebene Grenz-Knickgeschwindigkeit, aufweist. Durch das automatische Abbremsen des Aufliegers oder Anhängers, wenn der Auflieger oder Anhänger gegenüber der Zugmaschine mit einer Knickgeschwindigkeit einknickt, die höher ist als eine vorgegebene Grenz-Knickgeschwindigkeit, wird eine bessere Stabilisierung des Gespanns aus Zugmaschine und Auflieger oder Anhänger erreicht.
Die DE 10 2014 100 069 A1 offenbart ein Verfahren zum Steuern einer Bremseinrichtung einer Zugfahrzeug-Anhängerkombination, wobei durch eine elektronische Steuergeräteinrichtung in einem Fahrzustand mit unbetätigter Betriebsbremse ein auf das Zugfahrzeug aufschiebender Anhänger erkannt und durch die Steuergeräteinrichtung bei Erreichen oder Überschreiten einer vorbestimmten Schubwirkung des Anhängers eine Bremsanlage des Anhängers bei unbetätigter Betriebsbremse des Zugfahrzeugs automatisch zur Erzeugung einer Bremskraft betätigt wird. Das Erkennen des Aufschiebens des Anhängers auf das Zugfahrzeug erfolgt dabei durch die Steuergeräteinrichtung anhand einer oder mehrerer Kenngrößen, wobei die Kenngrößen aus Fahrdaten der Zugfahrzeug-Anhängerkombination gebildet werden. Das Verfahren gemäß der DE 10 2014 100 069 A1 ist universell einsetzbar und ermöglicht eine zuverlässige Einbremsung eines aufschiebenden Anhängers.
Die bekannten Verfahren und Vorrichtungen sind jedoch insofern nachteilbehaftet, als dass sie Knickwinkel bzw. Knickraten zwischen Zugfahrzeug und Anhänger oftmals nur unzureichend und insbesondere nicht quantitativ bestimmen können.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Stabilisierung eines Kraftfahrzeuggespanns vorzuschlagen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Verfahren zur Stabilisierung eines Kraftfahrzeuggespanns gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Stabilisierung eines Kraftfahrzeuggespanns, bestehend aus einer Zugmaschine und einem Anhänger, wobei ein Knickwinkel des Anhängers gegenüber der Zugmaschine erfasst wird. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass der Knickwinkel mittels eines optischen Sensors erfasst wird.
Daraus ergibt sich der Vorteil, dass unabhängig von Art und Beschaffenheit des Anhängers und insbesondere unabhängig von dessen Ausstattung mit Sensorik eine Erfassung des Knickwinkels möglich ist. Ein optischer Sensor ermöglicht zudem eine vergleichsweise genaue quantitative Erfassung des Knickwinkels in nahezu jeder denkbaren Fahrsituation des Kraftfahrzeuggespanns. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, dass ein optischer Sensor den Knickwinkel direkt und somit besonders robust erfassen kann. Eine indirekte Ermittlung des Knickwinkels aus Fahrdaten oder anderen den Knickwinkel nur indirekt beschreibenden Größen entfällt somit vorteilhaft.
Bevorzugt handelt es sich bei dem optischen Sensor um einen CCD-Sensor oder um einen CMOS-Sensor. Beide Arten von Sensoren sind digital auslesbar und die von ihnen erfassten Daten entsprechend einfach digital verarbeitbar. Weiterhin bevorzugt umfasst der optische Sensor eine Linsenoptik zur Fokussierung erfassbarer optischer Strahlung auf der eigentlichen Sensorik, also dem CCD-Sensorchip oder dem CMOS-Sensorchip.
Insbesondere bevorzugt reagiert der optische Sensor sensitiv auf elektromagnetische Strahlung im Wellenlängenbereich von etwa 350 nm bis etwa 850 nm, ganz besonders bevorzugt im Wellenlängenbereich von etwa 450 nm bis etwa 750 nm. Dieser Wellenlängenbereich hat sich als besonders gut geeignet zur Bestimmung des Knickwinkels erwiesen.
Vorteilhafterweise ist der optische Sensor an einem rückwärtigen Ende der Zugmaschine derart angeordnet, dass sein bevorzugter Erfassungsbereich dem Anhänger, insbesondere einer der Zugmaschine zugewandten Frontfläche des Anhängers, zugewandt ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Knickwinkel in jede Raumrichtung erfasst wird. Dies bedeutet, dass nicht nur ein horizontaler Knickwinkel sondern auch ein vertikaler Knickwinkel bzw. jede beliebige Überlagerung von horizontalem Knickwinkel und vertikalem Knickwinkel erfasst wird. Da ein vertikaler Knickwinkel mit ebenso nachteiligen Folgen für das Kraftfahrzeuggespann wie ein horizontaler Knickwinkel belastet ist, ergeben sich aus der Erfassung von in jede Raumrichtung ausgebildeten Knickwinkeln entsprechend weitgreifendere und umfassendere Vorteile.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass ein quantitativer Wert des Knickwinkels bestimmt wird. Somit wird also nicht ausschließlich festgestellt, dass ein Knickwinkel vorliegt bzw. erfasst wird, sondern darüber hinaus wird ein quantitativer Wert des Knickwinkels bestimmt. Dies erlaubt es, auf den tatsächlichen Wert des Knickwinkels mit abgestuft anpassbaren oder stufenlos anpassbaren Gegenmaßnahmen zur Stabilisierung des Kraftfahrzeuggespanns zu reagieren.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass aus einer Änderung des Knickwinkels über die Zeit und/oder aus einer Änderung des Knickwinkels über mindestens zwei Bilderfassungsvorgänge eine Knickrate ermittelt wird. Die Knickrate beschreibt, mit welcher Geschwindigkeit sich ein Knickwinkel verändert und erlaubt somit eine dynamische Bewertung einer Fahrsituation anstelle einer ausschließlich statischen Bewertung. Auch dies trägt zur Auswahl situationsspezifisch angepasster Gegenmaßnahmen bei und verbessert somit die Stabilisierung des Kraftfahrzeuggespanns. Die Ermittlung der Knickrate aus der Änderung des Knickwinkels über die Zeit stellt eine besonders einfache Möglichkeit zur Bestimmung der Knickrate dar. Insbesondere ist der elektronische Rechenaufwand eines elektronischen Rechenwerks, welches die Knickrate anhand eines vorgegebenen Algorithmus nach Maßgabe der zeitlichen Änderung des Knickwinkels bestimmt, vergleichsweise gering. Somit ist eine derartige Ermittlung der Knickrate resourcenschonend. Ähnlich verhält es sich auch mit der Ermittlung der Knickrate aus einer Änderung des Knickwinkels über mindestens zwei Bilderfassungsvorgänge, wobei in diesem Fall eine digitale Bilderfassung z.B. mittels eines CCD-Sensors oder eines CMOS-Sensors vorausgesetzt wird. Ein derartiger CCD-Sensor oder CMOS-Sensor wird üblicherweise mit einer vorgegebenen Taktrate ausgelesen, welche auch der Taktrate der Bilderfassungsvorgänge entspricht. Bei bekannter Taktrate kann somit anhand des zeitlichen Versatzes zwischen zwei oder mehr Bilderfassungsvorgängen sowie anhand einer Veränderung der erfassten Bilder die Knickrate in analoger Weise ermittelt werden.
Die Knickrate kann also einerseits über den zuvor bestimmten Knickwinkel berechnet werden und somit nur indirekt aus den Informationen des optischen Sensors, andererseits aber auch unmittelbar aus den Bildinformationen, also direkt aus den Informationen des optischen Sensors.
Bevorzugt ist es vorgesehen, dass auch die Knickrate, entsprechend dem Knickwinkel, in jede Raumrichtung erfasst wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Knickwinkel anhand einer geometrischen Ausrichtung einer der Zugmaschine zugewandten Frontfläche des Anhängers ermittelt wird. Bei einer geradlinigen Ausrichtung von Zugmaschine und Anhänger, also bei einem Knickwinkel von 0 °, ist die Frontfläche des Anhängers direkt der Zugmaschine zugewandt. Sofern ein Knickwinkel größer als 0 ° vorliegt, ändert sich die geometrische Ausrichtung der Frontfläche des Anhängers gegenüber der Zugmaschine dahingehend, dass die eingeknickte Seite der Frontfläche dem optischen Sensor näher kommt und damit größer erscheint, während die gegenüberliegende Seite sich vom optischen Sensor entfernt und damit kleiner erscheint. Eine eigentlich quadratische oder rechteckige Frontfläche erscheint für den optischen Sensor bei einem Einknicken des Kraftfahrzeuggespanns somit als Trapez. Bei einem vertikalen Einknicken reduziert sich die scheinbare Höhe der Frontfläche um einen knickwinkelabhängigen Faktor der Form (cos α), wobei α den Knickwinkel bezeichnet. Dies gilt in entsprechender Weise auch für die Breite der Frontfläche bei einem horizontalen Einknicken. Die geometrische Ausrichtung einer der Zugmaschine zugewandten Frontfläche des Anhängers ist zudem vergleichsweise einfach und zuverlässig durch einen optischen Sensor erfassbar, wobei sich insbesondere Kanten am Flächenrand und allgemein Flächenbegrenzungen zur Ermittlung des erfassbaren Anteils der Frontfläche eignen. Somit erlaubt die geometrischen Ausrichtung der Frontfläche des Anhängers zur Zugmaschine eine zuverlässige Bestimmung des Knickwinkels. Sofern es sich bei dem optischen Sensor um einen CCD-Sensor oder einen CMOS-Sensor handelt, kann die geometrische Ausrichtung der der Frontfläche des Anhängers zusätzlich oder alternativ auf eine besonders einfache Art und Weise ermittelt werden: Sowohl CCD-Sensoren als auch CMOS-Sensoren sind aus zu Zeilen bzw. Spalten geschalteten Sensor-Zellen aufgebaut, so dass sich die Ausrichtung der Frontfläche sehr einfach daran erkennen lässt, welche Zellen des CCD-Sensors bzw. CMOS-Sensors von der Frontfläche belichtet werden. Wird z.B. ein bestimmter Bereich im Zentrum des CCD-Sensors bzw. CMOS-Sensors mit der Frontfläche belichtet, so kann der Knickwinkel als Null angenommen werden. Verschiebt der belichtete Bereich hingegen an den Rand des CCD-Sensors bzw. CMOS-Sensors, so wird auf einen der Verschiebung entsprechenden Knickwinkel von größer als Null erkannt. Um die Erfassung der geometrische Ausrichtung der Frontfläche für den optischen Sensor bzw. eine nachgeschaltete Asuwertelogik zu vereinfachen, kann diese insbesondere auch mit hierfür geeigneten Markierungen, beispielsweise farbigen Markierungen oder sogar selbstleuchtenden Markierungen wie LEDs, versehen sein.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Knickwinkel anhand mindestens einer für den optischen Sensor erfassbaren Seitenfläche des Anhängers ermittelt wird. Je größer der Knickwinkel ist, desto weiter tritt eine oder treten mehrere Seitenflächen des Anhängers in den Erfassungsbereich des optischen Sensors. Das Erfassen einer oder mehrerer Seitenflächen des Anhängers durch den optischen Sensor kann somit vorteilhaft herangezogen werden, um den anhand der geometrischen Ausrichtung der Frontfläche des Anhängers ermittelten Knickwinkel zu validieren.
Bevorzugt werden unter einer Seitenfläche des Anhängers nicht nur die linke und die rechte Seitenfläche verstanden, sondern auch die Bodenfläche und einen Dachfläche bzw. obere Fläche. Dies ermöglicht es, auch vertikale Knickwinkel bzw. Knickwinkel mit vertikalem Anteil zu validieren.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass eine Gattung des Anhängers mittels des optischen Sensors erfasst wird. Somit kann die Stabilisierung des Gespanns an die Gattung des Anhängers angepasst werden. Bevorzugt handelt es sich bei dem Anhänger um einen Anhänger für einen Traktor, d.h., die Zugmaschine ist bevorzugt als Traktor ausgebildet. Die Gattung des Anhängers kann dabei z.B. beschreiben, ob es sich um ein sog. Güllefass, ein Mähwerkzeug oder einen Ladewagen handelt. Diese Gattungen unterscheiden sich jeweils hinsichtlich ihres Gewichts und ihres Fahrverhaltens deutlich. Weiterhin können auch eine Länge des Anhängers, eine Höhe des Anhängers und etwa eine Achsenanzahl des Anhängers erfasst und erkannt werden. Insofern können darauf aufbauend beispielsweise Regelparameter der Stabilisierung automatisiert an die jeweils erkannt Gattung bzw. weitere Besonderheiten des Anhängers angepasst werden, um das Regelverhalten und damit die Stabilisierung insgesamt zu verbessern. Zudem erlaubt ein optischer Sensor auf einfachem Wege mittels eines geeigneten Bilderkennungsalgorithmus das automatisierte Erkennen der Gattung des Anhängers.
Bevorzugt ist es vorgesehen, dass nicht nur eine Gattung des Anhängers sondern ein individueller Anhänger mittels des optischen Sensors erfasst und erkannt wird. Dazu müssen die individuellen Daten des Anhängers einmal in einem geeigneten Steuergerät hinterlegt werden. Wenn der optische Sensor nun den Anhänger anhand seiner individuellen Bildinformationen erkennt, können die für die Stabilisierung relevanten individuellen Regelparameter der Stabilisierung aus dem Steuergerät abgerufen und verwendet werden.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass eine Bremsenreglung des Kraftfahrzeuggespanns an die erfasste Gattung angepasst wird. Da die Bremsenreglung ein wesentlicher Bestandteil der Stabilisierung des Kraftfahrzeuggespanns ist, ergibt sich somit auch eine wesentliche Verbesserung der Stabilität.
Besonders bevorzugt wird die Bremsenreglung des Kraftfahrzeuggespanns nicht nur an eine Gattung des Anhängers sondern an einen individuell erfassten bzw. erkannten Anhänger angepasst. Die den Anhänger individuell beschreibenden Daten werden dabei bevorzugt auf einem Bremsensteuergerät abgelegt. Bei Erfassen bzw. Erkennen des individuellen Anhängers können diese für die Stabilisierung relevanten individuellen Regelparameter aus dem Steuergerät abgerufen und verwendet werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass zur Stabilisierung des Kraftfahrzeuggespanns weiterhin ein Lenkwinkel, eine Fahrgeschwindigkeit, Raddrehzahlen, eine Gierrate, eine Fahrzeugneigung und/oder ein hydraulischer Druck in einem Fahrzeugbremsensystem der Zugmaschine erfasst werden. Eine Berücksichtigung der genannten Fahrdynamikdaten erlaubt eine verbesserte und situationsabhängig angepasste Regelung der Stabilität des Kraftfahrzeuggespanns. Insbesondere kann hierdurch ein bewusst herbeigeführter Knickwinkel, der z.B. durch eine Lenkbewegung der Zugmaschine und eine daraus resultierende Kurvenfahrt der Zugmaschine verursacht wurde, von einem unfreiwillig und ungewollt auftretenden Knickwinkel unterschieden werden. Da ersterer nicht zu einer Instabilität des Kraftfahrzeuggespanns führt, kann eine entsprechende Regelung zur Verminderung des Knickwinkels auf den letzteren Fall eines ungewollt auftretenden Knickwinkels beschränkt werden.
Bevorzugt werden auch eine Fahrgeschwindigkeit, Raddrehzahlen und/oder eine Gierrate des Anhängers erfasst. Dies erlaubt eine nochmals besser angepasste und damit effektivere Regelung der Stabilität des Kraftfahrzeuggespanns.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Kraftfahrzeuggespann nach Maßgabe des Knickwinkels, der Knickrate, des Lenkwinkels, der Fahrgeschwindigkeit, der einzelnen Radgeschwindigkeiten, der Gierrate, der Fahrzeugneigung und/oder des hydraulischen Drucks durch Bremseneingriffe stabilisiert wird. Durch Bremseneingriffe kann eine besonders wirkungsvolle Form der Stabilisierung des Kraftfahrzeuggespanns realisiert werden. Auch hierbei wird vorteilhafterweise wieder unterschieden, ob der Knickwinkel bewusst herbeigeführt wurde, z.B. durch eine bewusst eingeleitete Kurvenfahrt, oder ob der Knickwinkel ungewollt auftritt und eine Bedrohung für die Stabilität des Kraftfahrzeuggespanns darstellt. Ein ungewollt auftretender Knickwinkel bzw. eine ungewollt auftretende Knickrate kann z.B. insbesondere dann angenommen werden, wenn das Kraftfahrzeuggespann ein Bremsmanöver ausführt und die Bremswirkung des Anhängers geringer ist als die der Zugmaschine. In diesem Fall schiebt der Anhänger auf die Zugmaschine auf und es kann sich ein Knickwinkel ausbilden. Das Bremsmanöver wird bevorzugt mittels des hydraulischen Drucks im Fahrzeugbremsensystem und der Reduzierung der Raddrehzahlen erkannt. Die Kurvenfahrt wiederum kann vorteilhaft mittels des erfassten Lenkwinkels und der erfassten Gierrate erkannt werden. Auch ein Abgleich der Raddrehzahlen der kurvenäußeren Fahrzeugräder mit den Raddrehzahlen der kurveninneren Fahrzeugräder kann herangezogen werden, um die Kurvenfahrt zu erkennen.
Gemäß einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass bei Erfassen eines ungewünschten Knickwinkels und/oder einer ungewünschten Knickrate ausschließlich der Anhänger gebremst wird oder das gesamte Kraftfahrzeuggespann gebremst wird, wobei in der Zugmaschine eine vergleichsweise geringere Bremswirkung erzeugt wird als im Anhänger. Die Bremswirkung in der Zugmaschine kann dabei beispielsweise verringert werden, indem der hydraulische Druck an den Radbremsen reduziert wird oder aber indem der Bremswirkung des Bremssystems der Zugmaschine ein Antriebsmoment eines Fahrzeugantriebs der Zugmaschine überlagert wird. Die erstgenannte Möglichkeit bietet sich insbesondere dann an, wenn das Bremssystem der Zugmaschine getrennt von dem des Anhängers ansteuerbar ist. Somit kann das Kraftfahrzeuggespann automatisiert gestreckt werden, da eine Bremswirkung am Anhänger größer ist als an der Zugmaschine, wodurch der ungewünschte Knickwinkel schnell und effektiv verringert und schließlich vollständig abgebaut wird. Dieses komplizierte Stabilisierungsmanöver wird gemäß dem Stand der Technik noch manuell durch den Fahrer ausgeführt, was aufgrund der Komplexität und des hohen Regelbedarfs des genannten Manövers jedoch regelmäßig zu Unfällen führt. Durch die Automatisierung dieses Manövers ergibt sich eine wesentliche Verbesserung in der Verkehrssicherheit.
Bevorzugt ist es vorgesehen, dass bei einer Reduzierung der Bremswirkung der Zugmaschine, entweder in Form einer Reduzierung des hydraulische Drucks an den Radbremsen oder in Form einer Überlagerung des Bremsmoments mit einem Antriebsmoment, zusätzlich Informationen von einem in Fahrtrichtung erfassten Abstandssensor erfasst werden. Bei diesem Abstandssensor kann es sich z.B. um einen Radarsensor, einen Lidarsensor oder auch einen zur Abstandsmessung geeigneten optischen Sensor handeln. Sofern die Informationen das schnelle Annähern des Kraftfahrzeuggespanns an ein Hindernis beschreiben, so kann insbesondere bevorzugt auf die beschriebene Reduzierung der Bremswirkung verzichtet werden, um einen Auffahrunfall zu vermeiden oder aber zumindest nicht weiter zu verschärfen. Somit kann also eine Destabilisierung des Kraftfahrzeuggespanns in Form eines Knickwinkels bzw. einer Knickrate akzeptiert werden, um gleichzeitig einen Auffahrunfall zu vermeiden.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Zugmaschine, umfassend einen Lenkwinkelsensor zur Erfassung eines Lenkwinkels eines Lenkrads, Fahrzeugrädern zugeordnete Raddrehzahlsensoren zur Erfassung von Raddrehzahlen, einen Gierratensensor zur Erfassung einer Gierrate, einen Neigungssensor zur Erfassung einer Fahrzeugneigung, einen Bremsdrucksensor zur Erfassung eines hydraulischen Drucks in einem Fahrzeugbremsensystem und eine Regeleinheit zur Regelung von Bremseneingriffen. Die erfindungsgemäße Zugmaschine zeichnet sich dadurch aus, dass die Zugmaschine weiterhin einen optischen Sensor zur Erfassung eines Knickwinkels eines Anhängers gegenüber der Zugmaschine umfasst. Die erfindungsgemäße Zugmaschine umfasst somit alle zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens notwendigen Mittel.
Bevorzugt ist es vorgesehen, dass die Regeleinheit zur Regelung von Bremseneingriffen die Bremseneingriff nach Maßgabe des Lenkwinkels, der Raddrehzahlen, der Gierrate, der Fahrzeugneigung, des hydraulischen Drucks, des Knickwinkel bzw. der Knickrate regelt.
Weiterhin bevorzugt ist die Zugmaschine als Traktor ausgebildet. Die Erfindung betrifft schließlich auch ein Kraftfahrzeuggespann, umfassend eine erfindungsgemäße Zugmaschine.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Kraftfahrzeuggespann zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beispielhaft erläutert.
Es zeigen:
1 beispielhaft und schematisch eine Draufsicht auf ein Kraftfahrzeuggespann und
2 beispielhaft und schematisch eine Seitenansicht des Kraftfahrzeuggespanns.
Gleiche Gegenstände, Funktionseinheiten und vergleichbare Komponenten sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Diese Gegenstände, Funktionseinheiten und vergleichbaren Komponenten sind hinsichtlich ihrer technischen Merkmale identisch ausgeführt, sofern sich aus der Beschreibung nicht explizit oder implizit etwas anderes ergibt.
1 zeigt beispielhaft und schematisch eine Draufsicht auf eine Zugmaschine 1, die beispielsgemäß als Traktor 1 ausgebildet ist, und einen mit der Zugmaschine 1 gekoppelten Anhänger 2, der beispielsgemäß als zweiachsiger Ladewagen 2 ausgebildet ist. Gemeinsam bilden die Zugmaschine 1 und der Anhänger 2 ein Kraftfahrzeuggespann 10. Durch ein vorausgehendes scharfes Bremsmanöver des Kraftfahrzeuggespanns 10 auf rutschigem Untergrund 3 hat sich ein im wesentlichen horizontaler Knickwinkel α des Anhängers 2 gegenüber der Zugmaschine 1 gebildet, welcher mit der Knickrate α‘ zunimmt. Die Zugmaschine 1 umfasst einen Lenkwinkelsensor 4 zur Erfassung eines Lenkwinkels eines Lenkrads, Fahrzeugrädern 5 zugeordnete Raddrehzahlsensoren 6 zur Erfassung von Raddrehzahlen, einen Gierratensensor 7 zur Erfassung einer Gierrate, einen Neigungssensor 11 zur Erfassung einer Fahrzeugneigung, einen Bremsdrucksensor 12 zur Erfassung eines hydraulischen Drucks in einem Fahrzeugbremsensystem und eine Regeleinheit 8 zur Regelung von Bremseneingriffen. Weiterhin umfasst die Zugmaschine 1 einen als CCD-Sensor 9 ausgebildeten optischen Sensor zur Erfassung des Knickwinkels α des Anhängers 2 gegenüber der Zugmaschine 1. Der CCD-Sensor ist dabei am rückwärtigen Ende der Zugmaschine 1 angeordnet und mit seinem Erfassungsbereich 9‘ auf eine der Zugmaschine 1 zugewandte Frontfläche 2‘ des Anhängers 2 ausgerichtet. Anhand der geometrischen Ausrichtung dieser Frontfläche 2‘ zum optischen Sensor 9 kann der Knickwinkel α erfasst werden. Dazu ist der Bilderfassung mittels des CCD-Sensors 9 funktional ein Bildauswerteverfahren angegliedert, welches die erfassten Bilder des CCD-Sensors 9 auf das Auftreten eines Knickwinkels α sowie das Auftreten einer Knickrate α‘ hin auswertet. Der Anhänger 2 umfasst beispielsgemäß keine Sensorik. Die vom Lenkwinkelsensor 4, den Raddrehzahlsensoren 6, dem Gierratensensor 7, dem Neigungssensor 11, dem Bremsdrucksensor 12 und dem optischen Sensor 9 erfassten Daten werden an die Regeleinheit 8 übertragen und dort von einem Algorithmus zur Stabilisierung des Kraftfahrzeuggespanns 10 verarbeitet. Die Verarbeitung dieser Daten ergibt, dass der Knickwinkel α sowie die Knickrate α‘ ungewollt in Folge des Bremsmanövers auf dem rutschigen Untergrund 3 auftreten und nicht etwa die gewollte Folge einer Kurvenfahrt sind. Um nicht nur eine weitere Destabilisierung zu vermeiden sondern das Kraftfahrzeuggespann 10 auch wieder zu stabilisieren, wird nun nach Maßgabe des Knickwinkels α, der Knickrate α‘, des Lenkwinkels, der Fahrgeschwindigkeit, der einzelnen Radgeschwindigkeiten, der Gierrate, der Fahrzeugneigung und des hydraulischen Drucks ein automatisierter Bremseneingriff in die Bremsen der Zugmaschine 1 wie auch in die Bremsen des Anhängers 2 ausgeführt. Hierbei wird die Bremse des Anhängers 2 maximal betätigt, um am Anhänger 2 eine maximal mögliche Bremswirkung zu erzeugen. Gleichzeitig wird die Bremse der Zugmaschine 1 etwas gelöst, so dass die Zugmaschine 1 eine vergleichsweise geringere Bremswirkung erfährt als der Anhänger 2. Dies führt dazu, dass das Kraftfahrzeuggespann 10 automatisiert gestreckt und stabilisiert wird.
Gemäß einem weiteren, ebenfalls in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Knickwinkel α die Reaktion des Kraftfahrzeuggespanns 10 auf eine durch eine Lenkbewegung der Zugmaschine 1 eingeleitete Kurvenfahrt des Kraftfahrzeuggespanns 10. Anhand einer Auswertung des Knickwinkels α, der Knickrate α‘, des Lenkwinkels, der Fahrgeschwindigkeit, der einzelnen Radgeschwindigkeiten, der Gierrate und des hydraulischen Drucks durch die Regeleinheit 8 wird erkannt, dass der Knickwinkel α, welcher sich mit der Knickrate α‘ vergrößert, das gewollte Ergebnis des erfassten Lenkwinkels ist. Da eine Überprüfung des vom Lenkwinkelsensor 4 am Lenkrad erfassten Lenkwinkels gegen die Raddrehzahldifferenzen der kurvenäußeren Fahrzeugräder 5 und der kurveninneren Fahrzeugräder 5 sowie gegen die vom Gierratensensor 7 erfasste Gierrate zudem ergibt, dass keine instabile Fahrsituation vorliegt, findet kein automatisierter Bremseneingriff statt.
2 zeigt beispielhaft eine Seitenansicht des bereits in 1 gezeigten Kraftfahrzeuggespanns 10, bestehend aus der Zugmaschine 1 und dem Anhänger 2. Wie ebenfalls in 2 zu sehen ist, ist der optische Sensor 9 am rückwärtigen Ende der Zugmaschine 1, so dass sein Erfassungsbereich 9‘ auf die Frontfläche 2‘ des Anhängers 2 gerichtet ist. Wenn sich nun ein vertikaler Knickwinkel α einstellt bzw. ein beliebiger Knickwinkel α, der eine in 2 gezeigte vertikale Komponente umfasst, so ändert die Frontfläche 2‘ ihre geometrische Ausrichtung gegenüber dem optischen Sensor 9. Hierüber werden wie bereits im Zusammenhang mit 1 beschrieben der Knickwinkel α wie auch die Knickrate α‘ ermittelt. Zusätzlich wird die Ermittlung des Knickwinkels α sowie die Ermittlung der Knickrate α‘ unterstützt durch die Seitenfläche 2‘‘‘‘, welche beispielsgemäß die Oberseite des Anhängers 2 darstellt und aufgrund des Knickwinkels α ebenfalls eine im Vergleich zum unausgelenkten Zustand veränderte geometrische Ausrichtung zum optischen Sensor 9 aufweist. Durch die Auswertung der geometrischen Ausrichtung der Seitenfläche 2‘‘‘ kann die Ermittlung des Knickwinkels α und die der Knickrate α‘ unterstützt bzw. validiert werden.
Bezugszeichenliste

1: Zugmaschine
2: Anhänger
2‘: Frontfläche des Anhängers
2‘‘, 2‘‘‘, 2‘‘‘‘: Seitenfläche des Anhängers
3: Untergrund
4: Lenkwinkelsensor
5: Fahrzeugrad
6: Raddrehzahlsensor
7: Gierratensensor
8: Regeleinheit
9: optischer Sensor, CCD-Sensor
9‘: Erfassungsbereich des optischen Sensors
10: Kraftfahrzeuggespann
11: Neigungssensor
12: Bremsdrucksensor
α: Knickwinkel
α‘: Knickrate

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 3404930 A1 [0003]
DE 19812719 A1 [0004, 0004]
DE 19964164 A1 [0005]
DE 102014100069 A1 [0006, 0006]

Claims

Verfahren zur Stabilisierung eines Kraftfahrzeuggespanns (10), bestehend aus einer Zugmaschine (1) und einem Anhänger (2), wobei ein Knickwinkel (α) des Anhängers (2) gegenüber der Zugmaschine (1) erfasst wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Knickwinkel (α) mittels eines optischen Sensors (9) erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Knickwinkel (α) in jede Raumrichtung erfasst wird.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein quantitativer Wert des Knickwinkels (α) bestimmt wird.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass aus einer Änderung des Knickwinkels (α) über die Zeit und/oder aus einer Änderung des Knickwinkels (α) über mindestens zwei Bilderfassungsvorgänge eine Knickrate (α‘) ermittelt wird.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Knickwinkel (α) anhand einer geometrischen Ausrichtung einer der Zugmaschine (1) zugewandten Frontfläche (2‘) des Anhängers (2) ermittelt wird.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Knickwinkel (α) anhand mindestens einer für den optischen Sensor (9) erfassbaren Seitenfläche (2‘‘, 2‘‘‘, 2‘‘‘‘) des Anhängers (2) ermittelt wird.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gattung des Anhängers (2) mittels des optischen Sensors (9) erfasst wird.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bremsenreglung des Kraftfahrzeuggespanns (10) an die erfasste Gattung angepasst wird.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Stabilisierung des Kraftfahrzeuggespanns (10) weiterhin ein Lenkwinkel, eine Fahrgeschwindigkeit, Raddrehzahlen, eine Gierrate, eine Fahrzeugneigung und/oder ein hydraulischer Druck in einem Fahrzeugbremsensystem der Zugmaschine (1) erfasst werden.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeuggespann (10) nach Maßgabe des Knickwinkels (α), der Knickrate (α‘), des Lenkwinkels, der Fahrgeschwindigkeit, der einzelnen Radgeschwindigkeiten, der Gierrate, der Fahrzeugneigung und/oder des hydraulischen Drucks durch Bremseneingriffe stabilisiert wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erfassen eines ungewünschten Knickwinkels (α) und/oder einer ungewünschten Knickrate (α‘) ausschließlich der Anhänger (2) gebremst wird oder das gesamte Kraftfahrzeuggespann (10) gebremst wird, wobei in der Zugmaschine (1) eine vergleichsweise geringere Bremswirkung erzeugt wird als im Anhänger (2).
Zugmaschine (1), umfassend einen Lenkwinkelsensor (4) zur Erfassung eines Lenkwinkels eines Lenkrads, Fahrzeugrädern (5) zugeordnete Raddrehzahlsensoren (6) zur Erfassung von Raddrehzahlen, einen Gierratensensor (7) zur Erfassung einer Gierrate, einen Neigungssensor 11 zur Erfassung einer Fahrzeugneigung, einen Bremsdrucksensor 12 zur Erfassung eines hydraulischen Drucks in einem Fahrzeugbremsensystem und eine Regeleinheit (8) zur Regelung von Bremseneingriffen, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugmaschine (1) weiterhin einen optischen Sensor (9) zur Erfassung eines Knickwinkels (α) eines Anhängers (2) gegenüber der Zugmaschine (1) umfasst.
Kraftfahrzeuggespann (10), umfassend eine Zugmaschine (1) nach Anspruch 12.
Kraftfahrzeuggespann (10) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeuggespann (10) zur Ausführung eines Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11 ausgebildet ist.