DE102018204979A1

DE102018204979A1 - Verfahren zum Ermitteln eines Knickwinkels und Fahrzeugsystem

Info

Publication number: DE102018204979A1
Application number: DE102018204979.3A
Authority: DE
Inventors: Fabian Sasse; Michael Schumann; Matthias Horn
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-04-03
Filing date: 2018-04-03
Publication date: 2019-10-10

Abstract

Offenbart ist ein Verfahren zum Ermitteln eines Knickwinkels zwischen einem Zugfahrzeug und einem mit dem Zugfahrzeug gekoppelten Anhänger oder zwischen mindestens zwei Anhängern, wobei durch mindestens ein am Zugfahrzeug angeordneter Sensor mindestens ein Abstand zwischen dem Sensor und dem Anhänger gemessen wird und basierend auf den durch den mindestens einen Sensor gemessenen Abstand ein Knickwinkel durch ein Steuergerät berechnet wird. Des Weiteren ist ein Fahrzeugsystem offenbart.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln eines Knickwinkels zwischen einem Zugfahrzeug und einem mit dem Zugfahrzeug gekoppelten Anhänger. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Fahrzeugsystem.
Stand der Technik
Derzeit bekannte Systeme zum Ermitteln eines Knickwinkels zwischen einem Zugfahrzeug und einem Anhänger verwenden Ultraschalltechnik, Videotechnik oder Radar-Sensoren. Als Referenzpunkte bzw. Messpunkte dienen üblicherweise eine vordere Ladebordwand eines Aufliegers oder eine Deichsel eines Gespann-Anhängers. Des Weiteren sind Systeme bekannt, welche spezielle an einem Anhänger anbringbare Reflektoren einsetzen. Zur optimalen Funktionsfähigkeit der Systeme sind stets eine senkrechte Ladebordwand eines Anhängers oder zumindest zusätzliche Reflektoren notwendig.
Des Weiteren sind Systeme und Verfahren zum Ermitteln eines Knickwinkels zwischen einem Zugfahrzeug und einem Anhänger bekannt, welche beispielsweise in Form von Messrollen an einer Unterseite eines Aufliegers, durch Auslenken einer Feder und Messen einer Federkraft oder durch einen Vergleich der Raddrehzahlen des Zugfahrzeugs und des Anhängers einen Knickwinkel bestimmen können.
Problematisch an den bereits bekannten Systemen und Verfahren zum Ermitteln des Knickwinkels ist ein häufiger Wechsel der Anhänger mit unbekannten Formkonturen. Da im kommerziellen Einsatz die Zugfahrzeug-Anhänger-Kombinationen regelmäßig variieren, sind die bekannten Verfahren zum Ermitteln des Knickwinkels nur eingeschränkt einsetzbar.
Offenbarung der Erfindung
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe kann darin gesehen werden, ein Verfahren zum Ermitteln eines Knickwinkels vorzuschlagen, welches unabhängig von einer Anhängerart oder einer Anhängerform anwendbar ist.
Diese Aufgabe wird mittels des jeweiligen Gegenstands der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von jeweils abhängigen Unteransprüchen.
Nach einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Ermitteln eines Knickwinkels zwischen einem Zugfahrzeug und einem mit dem Zugfahrzeug gekoppelten Anhänger oder zwischen zwei Anhängern bereitgestellt.
In einem Schritt wird durch mindestens einen am Zugfahrzeug angeordneten Sensor mindestens ein Abstand zwischen dem Sensor und dem Anhänger gemessen. Anschließend wird basierend auf den durch den mindestens einen Sensor gemessenen Abstand ein Knickwinkel durch ein Steuergerät berechnet. Insbesondere bei einer Verwendung von LIDAR-Sensoren kann ein Sensor bereits ausreichen. Bei einem Einsatz anderer Sensoren, wie beispielsweise Ultraschallsensoren, können auch mindestens zwei Sensoren zum Ausführen des Schritts eingesetzt werden.
Hierdurch kann eine kontinuierliche Berechnung des Knickwinkels ausgehend von Messungen von Abständen bzw. Abstandsvariationen des Anhängers vom Zugfahrzeug durchgeführt werden. Das Verfahren kann vorzugsweise im Rahmen eines Fahrerassistenzsystems bei einem Fahrzeuggespann eingesetzt werden.
Das Zugfahrzeug kann beispielsweise ein Lastkraftwagen, Nutzfahrzeug, Sattelzugmaschine, landwirtschaftliches Fahrzeug, Baufahrzeug, Stapler und dergleichen sein. Der Anhänger kann beispielsweise ein Auflieger oder ein Anhänger eines Gespanns mit einem oder mehreren Anhängern, oder auch eine Untersetzachse bzw. ein Dolly sein.
Das Verfahren funktioniert dabei unabhängig von der geometrischen Form der vorderen Ladebordwand oder von zusätzlichen Reflektoren und ist damit für nahezu alle Typen von Aufliegern geeignet. Somit können auch Siloanhänger, Muldenkipper, Container-/BDF-Anhänger, leere Anhänger für BDF-Brücken, Fahrzeuge mit Plane, offene Anhänger und dergleichen für eine eindeutige Ermittlung des Knickwinkels eingesetzt werden. Somit ist das Verfahren unabhängig von der Form der eingesetzten Anhänger anwendbar.
Die Abstände werden zwischen dem Heck eines Fahrzeugteils bzw. eines Zugfahrzeugs des Gespanns und charakteristischen Punkten unterhalb der Ladefläche, wie beispielsweise Stützwinden, Starrachsen, Anbauteilen wie Kisten oder Feuerlöscher, des nachfolgenden Abschnitts des Gespanns durch die mindestens zwei Sensoren gemessen. Dabei können die Abstände auch zwischen zwei miteinander gekoppelten Anhängern oder Dollys ermittelt werden. Dies kann bei einem Gespann mit mehreren Anhängern vorteilhaft sein. Das Zugfahrzeug kann somit ein angetriebenes Zugfahrzeug bzw. eine Zugmaschine oder ein erster Anhänger bzw. ein erster Dolly sein.
Durch Vergleich der gemessenen Abstände sowie ggf. unter Heranziehen der vorhergegangenen Messwerte auf der linken und der rechten Seite des Zugfahrzeugs kann der aktuelle Knickwinkel zwischen beiden Fahrzeuggespannteilen berechnet werden. Insbesondere können die Sensoren den links- und rechtsseitigen Abstand zum Anhänger oder Auflieger messen. Aus der Differenz der Abstände oder der Verrechnung der Abstände kann auf den gegenwärtigen Knickwinkel des Fahrzeuggespanns geschlossen werden.
Das Verfahren benötigt keine zusätzlichen Anbauteile am Anhänger, deren vorrangiger oder einziger Zweck die Rücksendung eines von einem Sensor ausgesendeten Signals ist, was einen wesentlichen Vorteil gegenüber den bekannten Verfahren bietet. Es ist ebenfalls weitestgehend unabhängig von der Bauform des Anhängers bzw. eines Aufliegers und kommt somit ohne in einer Datenbank hinterlegte Modelle aus. Die Messung des Knickwinkels kann in mindestens einer Ausprägung des Verfahrens ohne eine Kalibration und von dem Zugfahrzeug aus erfolgen.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der zusätzliche Aufwand bei der Montage der Sensoren am Zugfahrzeug gering ist. Hierdurch kann die Montage und Variantenplanung kosteneffizient durchgeführt werden. Des Weiteren kann das Verfahren unabhängig von den geometrischen Bedingungen des Anhängers und damit auch bei einer häufigen Variation der Anhänger eingesetzt werden.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens wird der Knickwinkel durch eine Differenz der mindestens zwei durch die mindestens zwei Sensoren gemessenen Abstände berechnet. Anhand einer Differenz der Abstände kann ein Winkel des Anhängers gegenüber dem Zugfahrzeug ermittelt werden. Damit der Knickwinkel technisch besonders einfach ermittelt werden kann, sind die mindestens zwei Sensoren vorzugsweise gleich weit voneinander beabstandet, wie die primären Messpunkte auf dem Anhänger. Die Messpunkte können beispielsweise zwei Stützwinden oder zwei Punkte auf einer Querstrebe des Anhängers sein. Das Verfahren muss jedoch nicht zwingend auf diese Messpunkte kalibriert werden, sondern kann verschiedene Anhaltspunkte für eine Kalibrierung verwenden.
Nach einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird der Knickwinkel zwischen dem Zugfahrzeug und dem Anhänger durch mathematisches Lösen von mindestens einem Algorithmus basierend auf den mindestens zwei gemessenen Abständen ermittelt. Insbesondere bei unterschiedlich ausgeformten Anhängern kann eine Vereinfachung, dass die Sensoren einen gleichen Abstand zueinander aufweisen wie die Messpunkte auf dem Anhänger, oftmals nicht verwendet werden. Hierdurch können präzisere und damit komplexere Algorithmen zum Ermitteln des Knickwinkels eingesetzt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird der Knickwinkel zwischen dem Zugfahrzeug und dem Anhänger durch einen Abgleich der mindestens zwei gemessenen Abstände mit einer Vergleichstabelle ermittelt. Zum Reduzieren eines Rechenaufwands eines fahrzeuginternen Steuergeräts können komplexe Algorithmen im Vorfeld bzw. fahrzeugextern ermittelt und die entsprechenden Lösungen in Form einer Vergleichstabelle im Steuergerät hinterlegt werden. Somit kann der Knickwinkel durch einen Abgleich der gemessenen Abstände mit einer sogenannten „look-up“-Tabelle ausgelesen werden. Dabei kann eine zusätzliche Plausibilisierung der ausgelesenen Werte integriert werden, wodurch Sprünge in den ermittelten Werten verhindert oder die Dynamik der ermittelbaren Knickwinkel begrenzt wird.
Nach einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens werden die mindestens zwei Abstände zwischen den mindestens zwei Sensoren und dem Anhänger durch mindestens zwei im Bereich der Rückleuchten des Zugfahrzeugs angeordnete Sensoren ermittelt. Bevorzugterweise sind die Sensoren mechanisch tiefer als die Sattelplatte oder als eine Ladefläche des Anhängers angeordnet, um möglichst eindeutige Reflektionen von charakteristischen Teilen des Anhänger-Fahrgestells zu erhalten. Insbesondere kann die Messung unterhalb des Königszapfens bzw. unterhalb einer Ladefläche eines oder mehrerer Anhänger erfolgen. Die charakteristischen Teile des Anhängers können beispielsweise Stützwinden, Unterfahrschutz, Stauräume, fest oder lose montiertes Zubehör, Quertraversen und dergleichen sein. Die typischerweise verrundeten Ecken der Stützwinden können beispielsweise für Messverfahren, wie Ultraschall, einen guten Reflektor darstellen.
Die Positionierung der Sensoren im Bereich der rückwärtigen Leuchten des Zugfahrzeugs kann darüber hinaus eine direkte Sensorsicht auf die Stützwinden des Anhängers, den Drehschemel bzw. die Starrachse ermöglichen. Eine derartige Position der Sensoren kann diese zusätzlich vor Schmutz und Spritzwasser schützen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist der Knickwinkel ein vertikaler Knickwinkel oder ein horizontaler Knickwinkel. Bei einem Fahrzeuggespann bestehend aus einer Zugmaschine und einem Anhänger mit einem einzigen Drehfreiheitsgrad um die Hochachse, wie beispielsweise Sattelauflieger oder Starrdeichselanhänger, ist der Winkel zwischen den Fahrzeugteilen eindeutig über die links- und rechtsseitigen Abstände zwischen dem Zugfahrzeug und dem Anhänger definiert. Hierdurch wird ein horizontaler Knickwinkel ermöglicht.
Bei Gespannen mit einem zusätzlichen Freiheitsgrad, wie beispielsweise einem Drehschemelanhänger, kommt zusätzlich der vertikale Winkel der vorderen gelenkten Achse des Anhängers hinzu. Es kann somit ein vertikaler Knickwinkel entstehen. Basierend auf mindestens zwei vertikal voneinander beabstandeten Sensoren kann auch der vertikale Knickwinkel basierend auf den jeweiligen Abstandmessungen ermittelt werden.
Nach einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens werden ein Abstand zu einer in Fahrtrichtung linken Seite des Anhängers durch mindestens einen Sensor und ein Abstand zu einer in Fahrtrichtung rechten Seite des Anhängers durch mindestens einen Sensor gemessen. Hierdurch kann ein rechtsseitiger Abstand und ein linksseitiger Abstand ausgehend von einer Fahrtrichtung des Fahrzeuggespanns ermittelt werden. Vorzugsweise sind die Abstände parallel zu einer Längsachse des Fahrzeuggespanns angeordnet, wodurch eine technisch besonders einfache Ermittlung des Knickwinkels realisierbar ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird ein Knickwinkel basierend auf Messungen von relativen Abständen zwischen einer Quertraverse zwischen zwei Stützwinden und den mindestens zwei Sensoren oder basierend auf Messungen von Abständen zwischen zwei Stützwinden und den mindestens zwei Sensoren durchgeführt. Üblicherweise sind die Stützwinden und die optionale Quertraverse zwischen den Stützwinden die in Fahrtrichtung vordersten Anbauteile eines Anhängers. Weitere Anbauteile des Anhängers sind üblicherweise hinter den Stützwinden angeordnet. Hierdurch können diese Bauteile als zumeist verwendbare Messpunkte oder Messobjekte zum Ermitteln der Abstände verwendet werden.
Des Weiteren kann die Messung der Abstände zu charakteristischen Bauteilen unterhalb des Aufliegers oder an einer Anhängerchassis spezifische Ausprägungen des Messsignals darstellen, da die verwendeten Bauteile des Anhängers typischerweise über besondere Charakteristiken im Echosignal des Messprinzips verfügen. Das Messsignal ermöglicht so die eindeutige Zuordnung zu einem geometrisch fixen Punkt oder einer gemessenen Kontur des Anhängerbereichs.
Die Verwendung einer Querverstrebung bzw. einer Traverse zwischen den Stützwinden kann von den Sensoren wie eine Wand mit einem definierten Winkel zum Zugfahrzeug betrachtet werden. Hierdurch kann der Knickwinkel unmittelbar und basierend auf dem Winkel der Traverse berechnet werden.
Nach einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens werden Messdaten der mindestens zwei Sensoren zum Messen der Abstände von dem Steuergerät vorverarbeitet. Insbesondere kann es bei der Messung der Abstände unter realen Bedingungen zu Verfälschungen im Messsignal durch nicht-eindeutige Reflektionen kommen. Derartige Verfälschungen können beispielsweise bei hohen Knickwinkeln auftreten. Dies kann durch eine Vorverarbeitung der Messsignale innerhalb des Steuergeräts vermieden oder zumindest reduziert werden. Beispielsweise können Mittelwerte über mehrere Reflektionen gebildet oder eine Filterung oder Glättung der Messsignale durchgeführt werden. Des Weiteren können insbesondere bei Ultraschallmessungen Kehlenechos, Amplitudeninformationen und Signifikanzen herangezogen werden, um die Echos der bevorzugten Anbauteile zu ermitteln.
Die charakteristischen Bauteile bzw. Strukturelemente sind üblicherweise in den meisten Anhängern verbaut. Beispielsweise durch Stützwinden kann der Anhänger bei einem Abstellen abgestützt und gesichert werden. Die Position und die Bauform dieser Stützwinden weist eine geringe Varianz auf, insbesondere weil nur eine geringe Anzahl an Herstellern für derartige Bauelemente bekannt ist, welche den Markt beliefern.
Die Knickwinkelmessung wird auf diese Weise unabhängig von der Art des Aufliegers, wie beispielsweise Tank-, Silo-, Großraumanhänger und dergleichen, und vom individuellen Fahrzeugteil durchgeführt, da keine zusätzlichen Einrichtungen am Auflieger erforderlich sind. Da der europäische und der nordamerikanische Markt stetig wechselnde Kombinationen von Zugmaschine und Auflieger aufweisen, sind gesonderte erforderliche Einrichtungen am Anhänger nicht praktikabel.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird eine Kalibrierung zum Ermitteln von Positionen der mindestens zwei Sensoren zu einem Drehpunkt des Anhängers und/oder zum Ermitteln eines Abstands zwischen dem Anhänger und dem Zugfahrzeug durchgeführt. Hierdurch kann während einer Geradeausfahrt, beispielsweise anhand einer Messung der Raddrehzahlen an dem Zugfahrzeug und dem Anhänger oder des Lenkradwinkels, eine Kalibrierung durchgeführt werden. Dabei kann beispielsweise der tatsächliche Abstand des gerade gekuppelten Anhängers gemessen werden.
Darüber hinaus können für dauerhafte Kombinationen aus einem Zugfahrzeug mit einem zugehörigen Anhänger die relevanten Größen entsprechend der Fahrzeuggespann-Konfiguration eingestellt werden.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Fahrzeugsystem, bestehend aus einem Zugfahrzeug und mindestens einem Anhänger oder mindestens zwei Anhängern, bereitgestellt. Das Fahrzeuggespann weist mindestens ein System zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens und zum Messen eines Knickwinkels zwischen dem Zugfahrzeug und dem Anhänger auf. Das System weist hierbei mindestens ein mit einem Steuergerät verbundener Sensor zum Ermitteln von Abständen zu einem oder mehreren Bauteilen des Anhängers auf.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine Vielzahl von Anwendungen, die auf den Knickwinkel zwischen dem Zugfahrzeug und dem Anhänger basieren und ermöglicht sowohl Komfortfunktionen als auch Automatisierungsfunktionen. Das Ausgangssignal in Form eines Knickwinkels oder einer Knickwinkeländerung kann als Basis für Fahrerassistenzsysteme des Fahrzeugs bei einem Kuppeln bzw. Aufsatteln eines Anhängers, beim Fahren sowie als Grundlage für (hoch-)automatisierte oder autonome Fahrfunktionen dienen. Hierdurch können ein autonomes Fahren auf einem Logistikhof, automatisiertes An- oder Abkuppeln, Rückfahrunterstützung, Stabilisierungsfunktionen während einer Fahrt des Fahrzeuggespanns und dergleichen durchgeführt werden. Die Stabilisierungsfunktionen können beispielsweise fahrdynamische Stabilisierungen sein.
Diese Funktionen können unabhängig von einer Anhängerform oder Anhängerart durchgeführt werden. Des Weiteren sind am Auflieger oder Anhänger keine Anpassungen notwendig.
Weiterhin ist vorteilhaft, dass die präzise Funktion der Knickwinkelmessung auch bei geringen Geschwindigkeiten gewährleistet wird, wenn etwa Rad-Drehgeschwindigkeiten unzuverlässig oder nicht verfügbar sind.
Das System beschränkt sich dabei nicht ausschließlich auf das Zugfahrzeug, sondern ist auch bei den meisten Anhängern und Zwischenachsen, wie beispielsweise Dollys oder bei Lang-Lkws einsetzbar. So ist es möglich, den Knickwinkel-Zustand eines kompletten Zuges aus mehreren Anhängern zu bestimmen.
Da die Auflieger oder Anhänger üblicherweise einen Daten-Bus aufweisen, können die Messdaten bzw. Messsignale zum Zugfahrzeug oder innerhalb des Zugfahrzeugs zum Steuergerät übertragen werden. Bei einer Anordnung der Sensoren und des Steuergeräts am Zugfahrzeug kann eine technisch besonders einfache Integration des Systems in das Fahrzeugnetz realisiert werden.
Gemäß einer Ausführungsform des Fahrzeugsystems sind die mindestens zwei Sensoren LIDAR-Sensoren, Radar-Sensoren, Ultraschallsensoren und/oder Kameras. Es können verschiedene Sensoren zum Ermitteln von Abständen und zum Durchführen von Triangulationsverfahren oder Trilaterationsverfahren verwendet werden. Beispielsweise können präzise Ultraschallsensoren zum Ermöglichen einer Klassifikation von Objekten und zum Identifizieren typischer Signalmuster verwendet werden. Die Sensoren weisen bevorzugterweise eine hohe Störfestigkeit und verschiedene Möglichkeiten zur Differenzierung von Messsignalen auf. Hierdurch kann eine detaillierte Signalanalyse durchgeführt werden. Beispielsweise können charakteristische Reflektionen von Stützwinden, Drehschemeln oder Starrachsen durch die Sensoren ermittelt und damit die Erkennung spezifischer Reflektionen am Anhänger identifiziert werden.
Als Sensoren können neben Ultraschallsensoren auch andere Sensoren, wie beispielsweise Kameras, LIDAR-Sensoren, Radar-Sensoren und dergleichen zum Messen von Abständen eingesetzt werden.
Im Folgenden werden anhand von stark vereinfachten schematischen Darstellungen bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Hierbei zeigen

1 eine perspektivische Ansicht eines Zugfahrzeugs eines Fahrzeuggespanns gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
2 eine schematische Draufsicht auf das erfindungsgemäße Fahrzeuggespann zum Veranschaulichen des Verfahrens gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
3 eine schematische Darstellung geometrischer Zusammenhänge des Fahrzeuggespanns zum Veranschaulichen des Verfahrens gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,
4 schematische Draufsichten auf erfindungsgemäße Fahrzeuggespanne und
5 eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Fahrzeuggespanns zum Veranschaulichen einer Ermittlung eines vertikalen Knickwinkels.

In den Figuren weisen dieselben konstruktiven Elemente jeweils dieselben Bezugsziffern auf. Das Fahrzeugsystem kann als ein Fahrzeuggespann 1 aus mindestens einem Zugfahrzeug 2 und mindestens einem Anhänger 4 oder aus mindestens zwei Anhängern 4 ausgestaltet sein.
In der 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Zugfahrzeugs 2 eines Fahrzeuggespanns 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Das Zugfahrzeug 2 ist hier als eine Sattelzugmaschine 2 ausgeformt. Ein Anhänger 4 des Zugfahrzeugs 2 ist der Übersicht halber nicht dargestellt.
Es werden insbesondere die geometrischen Verhältnisse der relevanten Bauteile hervorgehoben. Das Zugfahrzeug 2 weist im Bereich seiner Rückleuchten 6 jeweils einen oder mehrere Sensoren 8 auf. Die Sensoren 8 sind gemäß dem Ausführungsbeispiel Ultraschallsensoren 8 und ermitteln jeweils einen Abstand r₁ , r₂ zwischen dem jeweiligen Sensor 8 und einer Stützwinde 10. Die Sensoren 8 sind hier datenleitend mit einem Steuergerät 12 verbunden.
In einem einfachsten Szenario sind der Abstand b zwischen den beiden Sensoren 8 und der Abstand c zwischen den Stützwinden 10 gleich oder näherungsweise gleich. Die Sensoren 8 bilden hierbei eine Gerade bzw. eine Sensorbasis, welche orthogonal zu einer Fahrzeuglängsachse verläuft. Die Sensorbasis weist einen Abstand k zu einem Drehpunkt 14 des Anhängers 4 auf. Gemäß dem Ausführungsbeispiel ist der Drehpunkt 14 ein Koppelpunkt eines Königszapfens eines Aufliegers 4.
Die 2 zeigt eine schematische Draufsicht auf das erfindungsgemäße Fahrzeuggespann 1 zum Veranschaulichen des Verfahrens gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Das Zugfahrzeug 2 weist einen angekoppelten Anhänger 4 mit einem Knickwinkel α auf. Die Abstände r₁ , r₂ werden mittels der Sensoren 8 ermittelt. Der Abstand b zwischen den Sensoren 8 ist konstant.
Das im Rahmen des Ausführungsbeispiels beschriebene Verfahren misst die Abstände zwischen linkem und rechtem Fahrzeugheck 2 zu Anbauteilen 10 des Anhängers 4, bevorzugter weise zu den Stützwinden 10 des Anhängers 4 mit Ultraschallsensoren 8. Hierbei kann bevorzugterweise über die Beschaffenheit des reflektierten Signals auf die Art des Reflektors geschlossen werden. So können besonders signifikante Signale zur Messung herangezogen werden.
Unter der Annahme, dass die vermessenen Objekte (Stützwinden 10) etwa den gleichen Abstand c zueinander aufweisen wie die Sensoren 8, b am Zugfahrzeug 2, kann für kleinere Winkel α vereinfacht von der Vermessung einer geometrischen Geraden ausgegangen werden. Es wird geometrisch der Winkel zwischen dieser Geraden (quer zur Anhänger-Längsachse) und der Basis der beiden Sensoren 8 ermittelt. Es wird dabei davon ausgegangen, dass der zu den Stützwinden 10 gemessene Abstand r₁ , r₂ in etwa dem Abstand zur gedachten Gerade entspricht, die durch die Stützwinden 10 gelegt wird. Darüber hinaus verfügen viele Anhänger 4 über eine Quertraverse 16 zwischen den Winden 10 zur Stabilisierung, die über eine wandähnliche Geometrie verfügt. Es ergibt sich somit der vereinfachte geometrische Zusammenhang zwischen dem Knickwinkel α und den gemessenen Abständen r₁ , r_2: $sin α = \frac{r_{2} - r_{1}}{b}$
Mit den sensorisch gemessenen Abständen r₁ und r₂ zu den Stützwinden 10 und dem Basisabstand b der Sensoren 8 am Zugfahrzeug 2. Durch den Arcus-Sinus kann somit der Knickwinkel α ermittelt werden.
Die 3 zeigt eine schematische Darstellung geometrischer Zusammenhänge des Fahrzeuggespanns 1 zum Veranschaulichen des Verfahrens gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Hierbei werden keine Vereinfachungen getroffen, wodurch eine höhere Genauigkeit umsetzbar ist.
Die folgenden geometrischen Größen können hierbei als bekannt betrachtet werden.

- Der Abstand k zwischen dem Kupplungsmaul bzw. der Rastposition des Königszapfens 14 und den Sensoren in einer x-Richtung.
- Der Abstand b der Sensoren 8 in y-Richtung zueinander.
- Messbare Abstände r₁ , r₂ der Reflektionen des Signals zwischen den Stützwinden 10 und den Sensoren 8.
- Abstand c der Stützwinden 10 zueinander kann innerhalb enger Grenzen variieren und kann bei einer festen Fahrzeuggespann-Kombination gegeben sein.
- Der Abstand m zwischen dem Drehpunkt 14 und der Objektbasis bzw. der Quertraverse 16 kann bekannt sein oder vereinfacht durch einen Mittelwert der Abstände r₁ und r₂ (z.B. auch bei Geradeausfahrt) gebildet sein.

Geometrisch ist die Bewegung des Anhängers 4 um die Sattelkupplung 14 im Ursprung gegeben. Es werden zwei oder mehr Hauptreflektionen, beispielsweise der Stützwinden 10, erfasst und verrechnet.
Für die Abstände r₁ , r₂ zwischen einem ersten Sensor 8 und einer ersten Stütze 10 bzw. einem zweiten Sensor 8 und einer zweiten Stütze 10 ergeben sich durch die kinematischen Zwangsbedingungen die folgenden Gleichungen: $r_{1} = \sqrt{{(cos α \cdot m + sin α - \frac{c}{2} - k)}^{2} + {(sin α \cdot m - cos α \cdot \frac{c}{2} + \frac{b}{2})}^{2}}$
$r_{2} = \sqrt{{(cos α \cdot m - sin α - \frac{c}{2} - k)}^{2} + {(sin α \cdot m + cos α \cdot \frac{c}{2} - \frac{b}{2})}^{2}}$
Der Abstand c zwischen den Stützwinden 10 kann auch basierend auf typischen Werten zwischen 1,3 m und 1,8 m herstellerabhängig abgeschätzt oder definiert werden.
Die 4 zeigt schematische Draufsichten auf erfindungsgemäße Fahrzeuggespanne 1. Es werden dabei unterschiedliche Ausführungen der Anhänger 4 dargestellt, wobei abhängig von einer Anhängerform unterschiedliche Objekte zum Ermitteln der Abstände r₁ , r₂ verwendbar sind. Die Sensoren 8 sind in den 4a-4c entsprechend der 1 angeordnet. Die 4a stellt ein Fahrzeuggespann 1 mit einem Sattelschlepper 2 und einem Sattelauflieger 4 gemäß der 2 dar.
In der 4b ist ein am Zugfahrzeug 2 gekoppelter Starrdeichselanhänger 4 dargestellt. Die Zugöse des Anhängers 4 dient hier als Drehachse 14 in der x-y-Ebene. Die Abstände r₁ , r₂ können an einer Stützstruktur oder Bordwand 18 durch die Sensoren 8 ermittelt werden.
Die 4c zeigt ein Fahrzeuggespann 1 mit einem Drehschemelanhänger 4. Das Gespann 1 ist gekennzeichnet durch einen Winkel zwischen Zugfahrzeug 2 und Drehschemel sowie einem zusätzlichen Freiheitsgrades zwischen Drehschemel und Anhänger 4. Im günstigen Fall können mit dem beschriebenen Verfahren sowohl die Winkel der Achse als auch der Ladebordwand 18 bzw. des Hängers selbst gemessen werden, zumindest jedoch einer der beiden Werte.
Neben der Messung der Knickwinkel in Fahrbahnebene ist die Messung des Neigungswinkels zwischen Zugfahrzeug 2, um die Achse y quer zur Fahrtrichtung, für alle in 4a bis 4c dargestellten und weiteren Fahrzeugtypen möglich, etwa über den Winkel von Stützwinden bei Starrachsanhängern.
In der 5 ist eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Fahrzeuggespanns 1 zum Veranschaulichen einer Ermittlung eines vertikalen Knickwinkels dargestellt. Hierbei können die Abstände d₁ , d₂ mithilfe von zwei Sensoren 8 ermittelt und ein vertikaler Knickwinkel analog zum horizontalen Knickwinkel α berechnet werden.

Claims

Verfahren zum Ermitteln eines Knickwinkels (α) zwischen einem Zugfahrzeug (2) und einem mit dem Zugfahrzeug (2) gekoppelten Anhänger (4) oder zwischen zwei Anhängern (4), wobei - durch mindestens einen am Zugfahrzeug (2) angeordneten Sensor (8) mindestens ein Abstand (r₁, r₂) zwischen dem mindestens einen Sensor (8) und dem Anhänger (4) gemessen wird und - basierend auf den durch den mindestens einen Sensor (8) gemessenen Abstand (r₁, r₂) ein Knickwinkel (α) durch ein Steuergerät (12) berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Knickwinkel (α) durch eine Differenz von mindestens zwei durch mindestens zwei Sensoren (8) gemessenen Abstände (r₁, r₂) berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Knickwinkel (α) zwischen dem Zugfahrzeug (2) und dem Anhänger (4) durch mathematisches Lösen von mindestens einem Algorithmus basierend auf den mindestens zwei gemessenen Abständen (r₁, r₂) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Knickwinkel (α) zwischen dem Zugfahrzeug (2) und dem Anhänger (4) durch einen Abgleich der mindestens zwei gemessenen Abstände (r₁, r₂) mit einer Vergleichstabelle ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die mindestens zwei Abstände (r₁, r₂) zwischen den mindestens zwei Sensoren (8) und dem Anhänger (4) durch mindestens zwei im Bereich der Rückleuchten (6) des Zugfahrzeugs (2) angeordnete Sensoren (8) ermittelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Knickwinkel ein vertikaler Knickwinkel oder ein horizontaler Knickwinkel (α) ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei ein Abstand (r₁) zu einer in Fahrtrichtung linken Seite des Anhängers (4) durch mindestens einen Sensor (8) und ein Abstand (r₂) zu einer in Fahrtrichtung rechten Seite des Anhängers (4) durch mindestens einen Sensor (8) gemessen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei ein Knickwinkel (α) basierend auf Messungen von relativen Abständen (r₁, r₂) zwischen einer Quertraverse (16) zwischen zwei Stützwinden (10) und den mindestens zwei Sensoren (8) oder basierend auf Messungen von Abständen (r₁, r₂, d₁, d₂) zwischen zwei Stützwinden (10) und den mindestens zwei Sensoren (8) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei Messdaten der mindestens zwei Sensoren (8) zum Messen der Abstände (r₁, r₂, d₁, d₂) von dem Steuergerät (12) vorverarbeitet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei eine Kalibrierung zum Ermitteln von Positionen der mindestens zwei Sensoren (8) zu einem Drehpunkt (14) des Anhängers (4) und/oder zum Ermitteln eines Abstands (r₁, r₂, d₁, d₂) zwischen dem Anhänger (4) und dem Zugfahrzeug (2) durchgeführt wird.
Fahrzeugsystem (1), bestehend aus einem Zugfahrzeug (2) und mindestens einem Anhänger (4) oder aus mindestens zwei Anhängern (4), aufweisend mindestens ein System zum Durchführen des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche und zum Messen eines Knickwinkels (α) zwischen dem Zugfahrzeug (2) und dem Anhänger (4), aufweisend mindestens einen mit einem Steuergerät (12) verbundenen Sensor (8) zum Ermitteln von Abständen (r₁, r₂, d₁, d₂) zu einem oder mehreren Bauteilen (10, 16, 18) des Anhängers (4).
Fahrzeugsystem nach Anspruch 11, wobei der mindestens eine Sensor (8) ein LIDAR-Sensor, Radar-Sensor, Ultraschallsensor und/oder eine Kamera ist.