DE102021133761A1

DE102021133761A1 - Verfahren zur Steuerung von Sicherheitsfunktionen eines Fahrzeuggespanns

Info

Publication number: DE102021133761A1
Application number: DE102021133761.5A
Authority: DE
Inventors: Mirko Brütt; Daniel Pfefferkorn; Jan Spremberg; Thomas Wolf
Original assignee: ZF CV Systems Global GmbH
Current assignee: ZF CV Systems Global GmbH
Priority date: 2021-12-17
Filing date: 2021-12-17
Publication date: 2023-06-22
Also published as: WO2023110344A1

Abstract

Verfahren zur Steuerung von Sicherheitsfunktionen eines Fahrzeuggespanns (20), welches ein Zugfahrzeug (22) und ein daran angekoppeltes Anhängefahrzeug (30) aufweist, wobei mittels einer an einem Koppelelement einer Anhängevorrichtung (28) des Zugfahrzeugs angeordneten Sensoreinrichtung (2) eine von einem Gegenkoppelelement (34) des Anhängefahrzeugs auf das Koppelelement des Zugfahrzeugs übertragene Koppelkraft ermittelt wird, wobei in einer an die Sensoreinrichtung angeschlossenen Auswertungseinheit (4) aus der Koppelkraft eine auf das Zugfahrzeug wirkende vertikale Stützlast (FSL) ermittelt wird, wobei der Wert der Stützlast an ein Steuergerät (6) und/oder eine Anzeigeeinrichtung (10) übertragen wird, und wobei die Sicherheitsfunktionen in Abhängigkeit von der ermittelten Stützlast gesteuert werden. Dabei wird wenigstens eine der nachfolgenden Sicherheitsfunktionen betrieben:a) eine Anhänger- und Kupplungserkennungsfunktion, mit dera1) ein angekoppeltes Anhängefahrzeug erkannt wird, unda2) bei mehreren an dem Zugfahrzeug angebauten Anhängevorrichtungen die gerade genutzte Anhängevorrichtung erkannt wird,b) eine Notbremsfunktion, mit der beim Überschreiten einer maximalen Stützlast (FSL_max) an der genutzten Anhängevorrichtung eine Notbremsung ausgelöst wird,c) eine Abkoppelsperrfunktion, mit der bei einer mit einer steuerbaren Kupplungssperre versehenen Anhängevorrichtung des Zugfahrzeugs ein Lösen der Koppelverbindung bei einer negativen Stützlast (FSL< 0) verhindert wird, undd) eine Bremsanpassungsfunktion, mit der die Verteilung der Bremskraft auf die Fahrzeugachsen (24, 26; 42, 44) des Zugfahrzeugs an die gerade wirksame Stützlast (FSL) angepasst wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung von Sicherheitsfunktionen eines Fahrzeuggespanns, welches ein Zugfahrzeug und ein an dieses Zugfahrzeug angekoppeltes Anhängefahrzeug aufweist, wobei mittels einer an einem Koppelelement einer Anhängevorrichtung des Zugfahrzeugs angeordneten Sensoreinrichtung eine von einem Gegenkoppelelement des Anhängefahrzeugs auf das Koppelelement des Zugfahrzeugs übertragene Koppelkraft ermittelt wird, wobei in einer an die Sensoreinrichtung angeschlossenen Auswertungseinheit aus der Koppelkraft eine auf das Zugfahrzeug wirkende vertikale Stützlast ermittelt wird, wobei der Wert der vertikalen Stützlast an ein elektronisches Steuergerät und/oder eine Anzeigeeinrichtung übertragen wird, und wobei die Sicherheitsfunktionen in Abhängigkeit von dem Wert der sensorisch ermittelten Stützlast gesteuert werden.
Bei den Zugfahrzeugen der hier betrachteten Fahrzeuggespanne kann es sich um Personenkraftwagen, Lastkraftwagen, vorzugsweise für den Einsatz in der Landwirtschaft und Forstwirtschaft vorgesehene Zugmaschinen sowie um Baumaschinen handeln, welche jeweils an ihrem Fahrzeugheck oder ihrer Fahrzeugfront mit mindestens einem Koppelelement in Form einer Kugelkopfkupplung, einer Bolzenkupplung oder einer Hakenkupplung versehen sind. Bei den zugeordneten Anhängefahrzeugen kann es sich beispielsweise um Starrdeichselanhänger, Zentralachsanhänger und Arbeitsgeräte handeln, welche jeweils ein an einer starren Deichsel oder Aufhängung angeordnetes Gegenkoppelelement, wie eine Kupplungsschale oder eine Zugöse, aufweisen. Des Weiteren kann es sich bei einem Zugfahrzeug des hier betrachteten Fahrzeugspanns um eine Sattelzugmaschine mit einer Sattelkupplung als Koppelelement und bei dem zugeordneten Anhängefahrzeug um einem Sattelauflieger mit einer mit einem Königszapfen versehenen Stützplatte als Gegenkoppelelement handeln.
Bei einem Fahrzeuggespann der erwähnten Art soll die wirksame Stützlast zwischen einer vorgeschriebenen minimalen Stützlast und einer vorgeschriebenen maximalen Stützlast liegen, um ein stabiles und sicheres Fahrverhalten des Fahrzeuggespanns zu gewährleisten. Eine Überschreitung der maximalen Stützlast kann zu einer Überlastung des Koppelelementes des Zugfahrzeugs sowie der dicht benachbarten Fahrzeugachse und ihrer Aufhängung an der Karosserie oder dem Rahmen des Zugfahrzeugs führen. Eine Unterschreitung der minimalen Stützlast führt zu einer Entlastung der benachbarten Fahrzeugachse und damit zu einer Reduzierung der Fahrstabilität, insbesondere der Richtungsstabilität, des Fahrzeuggespanns.
Die maximale Stützlast ist abhängig von der Bauart des Koppelelementes und derjenigen des Zugfahrzeugs. Bei einer bei Personenkraftwagen üblichen K50 - Kugelkopfkupplung (Durchmesser des Kugelkopfes 50 mm) liegt die maximale Stützlast normalerweise im Bereich zwischen 50 kg und 100 kg. Sie kann bei geländegängigen Personenkraftwagen (SUVs), Traktoren und Baumaschinen aber auch bis zu 150 kg betragen. Bei Kugelkopfkupplungen der Größe K80, K110 und K150, welche bei leichten Nutzfahrzeugen, Traktoren und Baumaschinen zum Einsatz kommen, beträgt die maximale Stützlast bis zu 4000 kg. Eine NATO-Hakenkupplung ist dagegen mit einer maximalen Stützlast von bis zu 400 kg belastbar. Eine bei Lastkraftwagen, Traktoren und Baumaschinen übliche Maul-Bolzenkupplung weist dagegen eine maximale Stützlast von 2000 kg auf. Bei einer im Standard-Fernverkehr eingesetzten Sattelzugmaschine liegt die maximale Stützlast der Sattelkupplung bei 20000 kg. Bei im leichten und mittleren Verteilerverkehr eingesetzten Sattelzugmaschinen kann die maximale Stützlast der Sattelkupplung 6000 kg beziehungsweise 14000 kg bis 15000 kg betragen. Bei Sattelzugmaschinen, welche im Baustellenverkehr eingesetzt werden, liegt die maximale Stützlast der Sattelkupplung im Bereich zwischen 18000 kg und 36000 kg, wogegen die maximale Stützlast der Sattelkupplung von Schwerlast-Sattelzugmaschinen bis zu 74000 kg betragen kann.
Die minimale Stützlast richtet sich nach dem Gesamtgewicht des Anhängefahrzeugs. Demzufolge soll die Stützlast gemäß einer deutschen Regelung 4% des Gesamtgewichts des Anhängefahrzeugs nicht unterschreiten. Die minimale Stützlast muss jedoch bei Fahrzeugen mit einem zulässigen Gesamtgewicht von bis zu 3500 kg den Wert von 25 kg und bei Fahrzeugen mit einem zulässigen Gesamtgewicht von mehr als 3500 kg den Wert von 500 kg nicht übersteigen.
Es sind bereits mehrere Sensoreinrichtungen zur Erfassung der vertikalen Koppelkraft an Fahrzeuggespannen bekannt geworden, deren Ausbildung und Anordnung sich jeweils an der Ausführung des betreffenden Koppelelementes orientieren.
Eine aus der DE 36 17 426 C1 bekannte Sensoreinrichtung umfasst einen vorzugsweise als Dehnungsmessstreifen ausgebildeten Kraftsensor auf, welcher in einem unter Belastung auf Biegung beanspruchten Schaftabschnitt einer Kugelkopfkupplung angeordnet ist. Das Kraftsignal der Sensoreinrichtung wird elektronisch verstärkt, in einem Komparator mit vorgegebenen Grenzwerten verglichen und bei Überschreiten eines oberen Grenzwertes oder Unterschreiten eines unteren Grenzwertes in einer im Fahrgastraum des Zugfahrzeugs angeordneten Anzeigeeinrichtung angezeigt.
In der DE 102 11 572 A1 ist eine mit einer Sensoreinrichtung versehene Kugelkopfkupplung beschrieben, deren Kugelkopf an einem Bolzen befestigt ist. Der Bolzen ist in einer zylindrischen Ausnehmung eines vertikal ausgerichteten Endabschnittes des Anhängeschaftes gegen die Rückstellkraft eines vorgespannten Federelementes begrenzt axialbeweglich geführt. Die Sensoreinrichtung umfasst einen vorzugsweise als Piezoelement ausgebildeten Kraftsensor, der am Boden der Ausnehmung angeordnet ist und mit dem inneren Ende des Bolzens in Kontakt steht. Das über den Kraftsensor erfasste Kraftsignal wird an eine Auswertungseinheit übertragen und die daraus bestimmte Stützlast an eine Anzeigeeinrichtung weitergeleitet. Die Anzeige der Stützlast soll durch optische oder akustische Signale erfolgen. Beispielsweise ist vorgesehen, dass bei Annäherung der Stützlast an einen vorgegebenen Grenzwert eine grüne Warnleuchte und bei Erreichen des Grenzwertes eine rote Warnleuchte aufblinkt.
Eine als Kugelkopfkupplung ausgebildete Anhängevorrichtung gemäß der DE 10 2009 046 113 A1 unterscheidet sich bei mechanisch weitgehend gleichem Aufbau von der gerade beschriebenen Kugelkopfkupplung dadurch, dass die zylindrische Ausnehmung in dem Endabschnitt des Anhängeschaftes in einen Hohlraum des Hauptabschnittes des Anhängeschaftes mündet, und dass der Bolzen mit dem Kugelkopf nun zusätzlich um die vertikale Längsachse drehbar in dem Endabschnitt des Anhängeschaftes gelagert ist. Die Sensoreinrichtung umfasst einen Dauermagneten als Signalgeber, welcher mit diagonaler Ausrichtung am inneren Ende des Bolzens befestigt ist, und einen magnetfeldsensitiven Sensor, der nahe zum Dauermagneten exzentrisch zu der vertikalen Mittelachse des Bolzens in dem Hohlraum des Hauptabschnittes des Anhängeschaftes angeordnet. Mit der Sensoreinrichtung kann neben der Stützlast auch der Drehwinkel des Kugelkopfes erfasst werden.
In der DE 10 2012 012 321 B3 ist ein Kraftfahrzeug beschrieben, welches mit einer Anhängerkupplung, einer Vorrichtung zur Erfassung der Stützlast und einer ansteuerbaren Parkbremse versehen ist. Bei Fahrzeugstillstand wird die Parkbremse blockiert, das heißt, dass die Parkbremse mit der üblichen Bedienung eines Hebels oder Schalters nicht gelöst werden kann, wenn die ermittelte Stützlast einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet. Das Lösen der Parkbremse ist dann nur mit einer speziellen Bedienungsprozedur möglich, und eine anschließende Fahrt erfolgt nur bei permanenter Ausgabe eines Warnsignals und mit reduzierter Höchstgeschwindigkeit.
Aus der DE 39 35 479 A1 ist eine nachrüstbare Sensoreinrichtung zur Erfassung der von einer Anhängevorrichtung übertragenen Zug- und Stützlast bekannt, welche mindestens eine im Kraftweg zwischen dem Zugfahrzeug und dem Koppelelement angeordnete Kraftmesszelle aufweist. Die Kraftmesszelle ist jeweils in einem Bauteil der Anhängevorrichtung befestigt und steht in Kontakt mit einem Kolben, der eingebettet in einen Elastomerkunststoff und somit begrenzt beweglich in einer Ausnehmung desselben Bauteils angeordnet sowie starr mit einem benachbarten Bauteil verbunden ist. Als Anwendungsbeispiele sind Anordnungen einer Kraftmesszelle in einer Sattelkupplung und in einer Maul-Bolzenkupplung angegeben.
Schließlich ist in der DE 10 2018 106 856 A1 eine Sensoreinrichtung einer Anhängevorrichtung beschrieben, welche mehrere jeweils an rechteckig oder sternförmig angeordneten Stegen einer Messplatte befestigte Sensorelemente aufweist. Die Stege der Messplatte werden unter Belastung der Anhängevorrichtung elastisch verformt. Bei den Sensorelementen kann es sich um Wägezellen, Dehnungsmessstreifen oder SAW-Elemente handeln. Bei einem Traktor ist die Messplatte bevorzugt zwischen einer fahrzeugfesten Anschraubplatte und einem Anhängebock, an dem das jeweilige Koppelelement in Form einer Maul-Bolzenkupplung oder Kugelkopfkupplung befestigt ist, angeordnet. Alternativ dazu kann die Messplatte auch in Verbindung mit einem fahrzeugseitigen Kupplungsträger und einer äußeren Adapterplatte zwischen dem fahrzeugfesten Anhängebock und dem Koppelelement angeordnet sein. Mittels der Sensorelemente der Messplatte können die übertragenen Kräfte und Momente in allen Raumrichtungen beziehungsweise um alle drei Raumachsen erfasst werden.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht nun darin, ein Verfahren zur Steuerung von Sicherheitsfunktionen eines Fahrzeuggespanns der eingangs genannten Art vorzustellen, mit dem neben der bekannten Anzeige- und Warnfunktion sowie der bekannten Parkbremsblockierfunktion weitere Sicherheitsfunktionen durchgeführt werden, welche in Abhängigkeit einer sensorisch ermittelten Stützlast gesteuert werden.
Diese Aufgabe ist durch ein Verfahren gelöst, welches die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist. Vorteilhafte Weiterbildungen dieses Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Demnach betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Steuerung von Sicherheitsfunktionen eines Fahrzeuggespanns, welches ein Zugfahrzeug und ein an dieses Zugfahrzeug angekoppeltes Anhängefahrzeug aufweist, wobei mittels einer an einem Koppelelement einer Anhängevorrichtung des Zugfahrzeugs angeordneten Sensoreinrichtung eine von einem Gegenkoppelelement des Anhängefahrzeugs auf das Koppelelement des Zugfahrzeugs übertragene Koppelkraft ermittelt wird, wobei in einer an die Sensoreinrichtung angeschlossenen Auswertungseinheit aus der Koppelkraft eine auf das Zugfahrzeug wirkende vertikale Stützlast ermittelt wird, wobei der Wert der vertikalen Stützlast an ein elektronisches Steuergerät und/oder eine Anzeigeeinrichtung übertragen wird, und wobei die Sicherheitsfunktionen in Abhängigkeit von dem Wert der sensorisch ermittelten Stützlast gesteuert werden.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird mittels des Verfahrens wenigstens eine der folgenden Sicherheitsfunktionen betrieben:

a) eine Anhänger- und Kupplungserkennungsfunktion, mit welcher
- a1) ein angekoppeltes Anhängefahrzeug erkannt wird, und
- a2) bei mehreren an dem Zugfahrzeug angebauten Anhängevorrichtungen die gerade genutzte Anhängevorrichtung erkannt wird,
b) eine Notbremsfunktion, mit welcher beim Überschreiten einer maximalen Stützlast an der gerade genutzten Anhängevorrichtung eine Notbremsung ausgelöst wird,
c) eine Abkoppelsperrfunktion, mit welcher bei einer mit einer steuerbaren Kupplungssperre versehenen Anhängevorrichtung des Zugfahrzeugs ein Lösen der Koppelverbindung bei einer negativen Stützlast verhindert wird, und
d) eine Bremsanpassungsfunktion, mit welcher die Verteilung der Bremskraft auf die Fahrzeugachsen des Zugfahrzeugs an die gerade wirksame Stützlast angepasst wird.

Durch die geschilderte Erweiterung des Funktionsumfangs des Verfahrens wird die Betriebssicherheit des Fahrzeuggespanns erhöht und die Unfallgefahr reduziert.
Bei der Anhänger- und Kupplungserkennungsfunktion ist vorgesehen, dass ein angekuppeltes Anhängefahrzeug dadurch erkannt wird, dass der Wert der ermittelten Stützlast ungleich Null ist.
Bei mehreren an das Zugfahrzeug angebauten Anhängevorrichtungen wird dessen gerade genutzte Anhängevorrichtung dadurch erkannt, dass an der gerade genutzten Anhängevorrichtung der Wert der ermittelten Stützlast ungleich Null ist und der ermittelte Wert der Stützlast der anderen Anhängevorrichtungen des Zugfahrzeugs jeweils gleich Null ist. Alternativ dazu müsste der Fahrer des Zugfahrzeugs die gerade genutzte Anhängevorrichtung selbst bestimmen und beispielsweise in einem Menü eines Bedienungsgerätes aus der Mehrzahl der angebauten Anhängevorrichtungen die gerade genutzte Anhängevorrichtung auswählen.
Zur Verwendung des aktuellen Wertes der ermittelten Stützlast für weitere Sicherheitsfunktionen, darunter auch die Steuerung der Bremsanlagen des Zugfahrzeugs und des Anhängefahrzeugs, ist vorgesehen, dass zu verwendende Grenzwerte der Stützlast an die Bauart und Befestigungsart der jeweiligen Anhängevorrichtung individuell angepasst werden, und dass der ermittelte Wert der Stützlast an ein Bremssteuergerät übertragen wird.
Bei einer Notbremsfunktion ist vorgesehen, dass während der Fahrt die Betriebsbremsen des Zugfahrzeugs und/oder des Anhängefahrzeugs betätigt und bei Erreichen des Fahrzeugstillstands die Betriebsbremsen gelöst sowie die Feststellbremsen des Zugfahrzeugs und/oder des Anhängefahrzeugs eingelegt und gegen ein Lösen gesperrt werden, wenn der Wert der ermittelten Stützlast während der Fahrt den oberen Grenzwert der Stützlast überschritten hat. Dies kann zum Beispiel durch das Verrutschen der Ladung auf dem Anhängefahrzeug hin in Richtung zum Zugfahrzeug verursacht worden sein kann. Durch die Nutzung dieser Notbremsfunktion kann eine Beschädigung der gerade genutzten Anhängevorrichtung sowie ein Unfall aufgrund eines instabilen Fahrverhaltens des Fahrzeuggespanns verhindert werden.
Die Feststellbremsen können jedoch trotz der Überschreitung des oberen Grenzwertes der Stützlast wieder gelöst werden, wenn zuvor die Kenntnisnahme der zu hohen Stützlast durch einen Menschen, also in der Regel durch den Fahrer des Zugfahrzeugs, an einem Bedienungsgerät bestätigt wurde. Hierdurch ist die Möglichkeit gegeben, das Fahrzeuggespann aus einem Gefahrenbereich zu entfernen. Eine Weiterfahrt mit der zu hohen Stützlast ist dann jedoch nur mit einer reduzierten Motorleistung eines Antriebsmotors des Zugfahrzeugs und/oder mit einer reduzierten Höchstgeschwindigkeit von beispielswiese 30 km/h möglich, um die Gefahr einer Beschädigung oder eines Unfalls zu reduzieren. Nach Möglichkeit sollte vor einer Weiterfahrt jedoch die Verteilung der Ladung auf dem Anhängefahrzeug derart korrigiert werden oder die Ladung des Anhängefahrzeugs soweit reduziert werden, dass die Stützlast wieder im zulässigen Bereich zwischen dem unteren Grenzwert und dem oberen Grenzwert liegt.
Bei einer negativen, also von der Fahrbahn weg nach oben gerichteten Kraft der Stützlast, besteht die Gefahr, dass das Anhängefahrzeug beim Abkoppeln mit seinem zugfahrzeugfernen Ende plötzlich nach unten zur Fahrbahn kippt und dabei in der Nähe befindliche Personen verletzt. Daher sieht die Abkoppelsperrfunktion vor, dass die steuerbare Kupplungssperre der gerade genutzten Anhängevorrichtung bei einem Fahrzeugstillstand blockiert wird, wenn der ermittelte Wert der Stützlast negativ ist.
Die steuerbare Kupplungssperre der gerade genutzten Anhängevorrichtung kann jedoch vorteilhaft trotz eines negativen Wertes der Stützlast mit einer speziellen Bedienungsprozedur gelöst werden, wenn zuvor durch einen Menschen die Kenntnisnahme der negativen Stützlast an einem Bedienungsgerät bestätigt wurde. Dabei wird davon ausgegangen, dass das Anhängefahrzeug zuvor in geeigneter Weise abgestützt wurde, um eine plötzliche Kippbewegung desselben zu verhindern.
Die Bremsanpassungsfunktion sieht vor, dass die Bremskraftverteilung in dem Zugfahrzeug derart an den ermittelten Wert der Stützlast angepasst wird, dass bei einem positiven Wert der Stützlast der Bremsdruck an den Radbremsen der kupplungsnahen Fahrzeugachse des Zugfahrzeugs erhöht und an den Radbremsen der kupplungsfernen Fahrzeugachse des Zugfahrzeugs reduziert wird. Bei einem negativen Wert der Stützlast wird der Bremsdruck an den Radbremsen der kupplungsnahen Fahrzeugachse des Zugfahrzeugs reduziert und an den Radbremsen der kupplungsfernen Fahrzeugachse des Zugfahrzeugs erhöht. Diese Funktion ersetzt vorteilhaft eine Einrichtung am Zugfahrzeug zur Achslastermittlung, welche zum Beispiel Federwegsensoren an den Fahrzeugachsen und/oder bei luftgefederten Fahrzeugachsen Drucksensoren an den Federbälgen aufweist sowie die entsprechenden Achslasten zur automatischen Anpassung der Bremskraftverteilung an das zugeordnete Bremssteuergerät übermittelt.
Das Verfahren mit den Merkmalen der Erfindung wird nachstehend anhand von in der beigefügten Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen weiter erläutert. In der Zeichnung zeigt

1 ein Blockschaltbild der unterschiedlichen Sicherheitsfunktionen des Verfahrens mit den Merkmalen der Erfindung,
2a ein erstes Fahrzeuggespann mit einem Zugfahrzeug und einem Anhängefahrzeug in einer ersten Funktionsstellung in einer schematischen Seitenansicht,
2b das Fahrzeuggespann gemäß 2a in einer zweiten Funktionsstellung,
3a ein zweites Fahrzeuggespann mit einem Zugfahrzeug und einem Anhängefahrzeug in einer ersten Funktionsstellung in einer schematischen Seitenansicht, und
3b das Fahrzeuggespann gemäß 3a in einer zweiten Funktionsstellung.

In der 2a ist demnach ein erstes Fahrzeuggespann 20 abgebildet, welches aus einem Traktor als Zugfahrzeug 22 und einem an diesen angekoppelten Zentralachsanhänger als Anhängefahrzeug 30 gebildet ist. Das Zugfahrzeug 22 weist eine Vorderachse 24 sowie eine Hinterachse 26 auf und ist an seinem Heck mit einer Anhängevorrichtung 28 in Form einer Anhängekupplung ausgerüstet (in 2a nur angedeutet). Die Anhängekupplung 28 kann als eine Kugelkopfkupplung, eine Maul-Bolzenkupplung oder eine Hakenkupplung ausgebildet sein. Das Anhängefahrzeug 30 ist mit einem Kipperaufbau 32 versehen, der zum Entladen zumindest nach hinten gekippt werden kann. An der Vorderseite des Anhängefahrzeugs 30 ist eine Deichsel 34 starr befestigt, welche über eine endseitige Gegenkupplung (in 2a nur angedeutet) gelenkig mit der Anhängekupplung 28 des Zugfahrzeugs 22 verbunden ist. Die Gegenkupplung des Anhängefahrzeugs 30 ist an die Bauart der Anhängekupplung 28 des Zugfahrzeugs 22 angepasst und demzufolge als eine Kugelschalenkupplung oder als eine Zugöse ausgebildet.
In der ersten Funktionsstellung gemäß 2a ist der Kipperaufbau 32 des Anhängefahrzeugs 30 in seiner nichtgekippten Normalstellung, in welcher die Deichsel 34 des Anhängefahrzeugs 30 über die Gegenkupplung eine positive, also nach unten zur Fahrbahn gerichtete vertikale Kraft (Stützlast F_SL > 0) auf die Anhängekupplung 28 des Zugfahrzeugs 22 ausübt. Durch diese positive Stützlast F_SL wird die Hinterachse 26 des Zugfahrzeugs 22 belastet und die Vorderachse 24 des Zugfahrzeugs 22 entlastet.
In 2b ist das Fahrzeuggespann 20 in einer zweiten Funktionsstellung abgebildet, in welcher der Kipperaufbau 32 des Anhängefahrzeugs 30 nach hinten gekippt ist. In dieser Funktionsstellung übt die Deichsel 34 des Anhängefahrzeugs 30 über die Gegenkupplung ein negative, also nach oben, von der Fahrbahn weg gerichtete vertikale Kraft (Stützlast F_SL < 0) auf die Anhängekupplung 28 des Zugfahrzeugs 22 aus. Durch diese negative Stützlast F_SL wird die Hinterachse 26 des Zugfahrzeugs 22 entlastet und die Vorderachse 24 des Zugfahrzeugs 22 belastet.
In der 3a ist ein zweites Fahrzeuggespann 36 abgebildet, welches aus einer Sattelzugmaschine als Zugfahrzeug 38 und einem an diese angekoppelten Sattelauflieger als Anhängefahrzeug 48 gebildet ist. Das Zugfahrzeug 38 weist einen Fahrzeugrahmen 40, eine Vorderachse 42 sowie eine Hinterachse 44 auf und ist hinteren Bereich des Fahrzeugrahmens 40 mit einer Anhängevorrichtung 46 in Form einer Sattelkupplung ausgerüstet. Das Anhängefahrzeug 48 ist mit einem Kipperaufbau 50 versehen, welcher zum Entladen zumindest nach hinten gekippt werden kann. Im vorderen Bereich des Anhängefahrzeugs 48 ist eine Sattelplatte 52 mit einem Königszapfen (in 3a nicht erkennbar) angeordnet, welche um eine vertikale Hochachse schwenkbar mit der Sattelkupplung 46 des Zugfahrzeugs 38 verbunden ist.
In der ersten Funktionsstellung gemäß 3a ist der Kipperaufbau 50 des Anhängefahrzeugs 48 in seiner nichtgekippten Normalstellung, in welcher die Sattelplatte 52 des Anhängefahrzeugs 48 eine positive, also nach unten zur Fahrbahn gerichtete vertikale Kraft (Stützlast F_SL > 0) auf die Sattelkupplung 46 des Zugfahrzeugs 38 ausübt. Durch diese positive Stützlast F_SL wird die Hinterachse 44 des Zugfahrzeugs 38 belastet und die Vorderachse 42 des Zugfahrzeugs 38 entlastet.
In 3b ist das Fahrzeuggespann 36 in einer zweiten Funktionsstellung abgebildet, in welcher der Kipperaufbau 50 des Anhängefahrzeugs 48 nach hinten gekippt ist. In dieser zweiten Funktionsstellung übt die Sattelplatte 52 des Anhängefahrzeugs 48 eine negative, also nach oben von der Fahrbahn weg gerichtete vertikale Kraft (Stützlast F_SL < 0) auf die Sattelkupplung 46 des Zugfahrzeugs 38 aus. Durch diese negative Stützlast F_SL wird die Hinterachse 44 des Zugfahrzeugs 38 entlastet und die Vorderachse 42 des Zugfahrzeugs 38 belastet.
Vorliegend wird davon ausgegangen, dass die Anhängevorrichtungen 28, 46 beider Zugfahrzeuge 22, 38 jeweils mit einer Sensoreinrichtung 2 zur sensorischen Ermittlung der jeweiligen Stützlast F_SL versehen sind. Derartige Sensoreinrichtungen sind aus den eingangs zitierten Druckschriften hinlänglich bekannt. Zudem ist an den Zugfahrzeugen 22, 38 jeweils eine elektronische Auswerteeinheit 4 angeordnet, mittels der die von der zugeordneten Sensoreinrichtung 2 gemessenen Stützlasten verarbeitet und zur Steuerung der Sicherheitsfunktionen verwendet werden.
Nachfolgend werden anhand des in der 1 abgebildeten Blockschaltbildes bekannte und erfindungsgemäße Sicherheitsfunktionen erläutert, welche die Werte der sensorisch ermittelten Stützlast F_SL direkt oder indirekt verwenden.
Mittels der an der Anhängevorrichtung 28, 46 des jeweiligen Zugfahrzeugs 22, 38 angeordnete Sensoreinrichtung 2 werden Sensorsignale erzeugt, aus denen in der zugeordneten Auswertungseinheit 4 die aktuelle Stützlast F_SL bestimmt wird. Die Werte der Stützlast F_SL werden anschließend an ein elektronisches Steuergerät 6 weitergeleitet und dort zur Steuerung von Sicherheitsfunktionen verwendet. Dem Steuergerät 6 ist ein Datenspeicher 8 zugeordnet, in dem unter anderem Grenzwerte des zulässigen Bereichs der Stützlast F_SL, also eine minimale Stützlast F_{SL_min}, welche nicht unterschritten werden sollte, und eine maximale Stützlast F_{SL_max}, welche nicht überschritten werden sollte, abgespeichert sind. Das Steuergerät 6 ist zudem unmittelbar oder über einen Datenbus mit einem Bremssteuergerät 16 verbunden.
Bei der Nutzung einer Anzeige- und Warnfunktion als Sicherheitsfunktion wird der Wert der ermittelten Stützlast F_SL an ein Anzeige- und Bedienungsgerät 10 übertragen und in diesem angezeigt. Wenn die Stützlast F_SL den unteren Grenzwert F_{SL_min} erreicht oder unterschritten oder den oberen Grenzwert F_{SL_max} erreicht oder überschritten hat, wird ein akustisches und/oder optisches Warnsignal ausgegeben. Die Ausgabe des Warnsignals kann zum Beispiel in Form eines unterbrochenen Warntons und/oder einer blinkenden Anzeige in dem Anzeige- und Bedienungsgerät 10 und/oder über einen Lautsprecher 12 oder eine Warnleuchte 14 ausgegeben werden.
In einer erfindungsgemäßen Anhänger- und Kupplungserkennungsfunktion wird ein angekuppeltes Anhängefahrzeug 30, 48 in dem Steuergerät 6 dadurch erkannt, dass die ermittelte Stützlast F_SL ungleich Null ist (F_SL = 0).
Bei Traktoren und Baumaschinen können mehrere Anhängevorrichtungen unterschiedlicher Bauart an diesen angeordnet sein. Wenn diese mehreren Anhängevorrichtungen jeweils mit einer Sensoreinrichtung 2, 2', 2" versehen sind, aus deren Sensorsignalen in jeweils einer nachgeschalteten Auswertungseinheit 4, 4', 4" die aktuelle Stützlast F_SL bestimmt wird, ist im Rahmen der Anhänger- und Kupplungserkennungsfunktion vorgesehen, dass eine aktuell genutzte Anhängevorrichtung 28 dadurch erkannt wird, dass der Wert der mittels der zugeordneten Sensoreinrichtung 2, 2', 2" ermittelten Stützlast F_SL der betreffenden Anhängevorrichtung ungleich Null (F_SL = 0) und die ermittelte Stützlast F_SL der anderen Anhängevorrichtungen jeweils gleich Null ist (F_SL = 0).
Die zu verwendenden Grenzwerte F_{SL_min}, F_{SL_max} für die Stützlast F_SL werden, zum Beispiel durch eine Auswahl von in dem Datenspeicher 8 abgespeicherten Grenzwerten, an die Bau- und Befestigungsart der gerade genutzten Anhängevorrichtung angepasst. Der aktuelle Wert der ermittelten Stützlast F_SL wird dann an das Bremssteuergerät 16 übertragen, um die Feststell- und Betriebsbremsen des Zugfahrzeugs 22, 38 sowie des Anhängefahrzeugs 30, 48 in Abhängigkeit von dem ermittelten Wert der Stützlast F_SL steuern zu können.
Bei der Nutzung einer an sich bekannten Parkbremsblockierfunktion werden zumindest die Feststellbremsen des Zugfahrzeugs 22, 38 über eine entsprechende Ansteuerung durch das Bremssteuergerät 16 eingelegt und/oder blockiert, wenn die ermittelte Stützlast F_SL den oberen Grenzwert F_{SL_max} überschritten hat (F_SL > F_{SL_max}). Eine Lösung der Feststellbremsen ist dann nur mit der Anwendung einer speziellen Bedienungsprozedur möglich.
In einer erfindungsgemäßen Notbremsfunktion als Sicherheitsfunktion ist dagegen vorgesehen, dass während der Fahrt die Betriebsbremsen des Zugfahrzeugs 22, 38 und/oder des Anhängefahrzeugs 30, 48 betätigt und bei Erreichen des Fahrzeugstillstands die Betriebsbremsen gelöst sowie die Feststellbremsen des Zugfahrzeugs 22, 38 und/oder des Anhängefahrzeugs 30, 48 eingelegt und gegen ein Lösen gesperrt werden, sofern die ermittelte Stützlast F_SL den oberen Grenzwert F_{SL_max} überschritten hat (F_SL > F_{SL_max}).
Die Feststellbremsen können dann trotz der Überschreitung des oberen Grenzwertes F_{SL_max} gelöst werden, wenn zuvor die Kenntnisnahme der zu hohen Stützlast F_SL an dem Anzeige- und Bedienungsgerät 10 bestätigt wurde. Um die Gefahr einer Beschädigung oder eines Unfalls zu reduzieren, ist dann eine Weiterfahrt mit der zu hohen Stützlast F_SL nur noch mit reduzierter Motorleistung eines Antriebsmotors des Zugfahrzeugs 22, 38 und/oder mit reduzierter Höchstgeschwindigkeit von beispielsweise
30 km/h möglich.
In einer erfindungsgemäßen Abkoppelsperrfunktion als Sicherheitsfunktion wird eine steuerbare Kupplungssperre 18 der aktiven Anhängevorrichtung 28, 46 bei Fahrzeugstillstand blockiert, wenn die ermittelte Stützlast F_SL negativ ist (F_SL < 0). Hierdurch wird die Gefahr vermieden, dass das Anhängefahrzeug 30, 48 beim Abkoppeln plötzlich hinten nach unten in Richtung zur Fahrbahn kippt und in der Nähe befindliche Personen verletzt werden. Die steuerbare Kupplungssperre an der gerade genutzten Anhängevorrichtung 28, 46 kann dann trotz einer negativen Stützlast F_SL mit einer speziellen Bedienungsprozedur gelöst werden, wenn zuvor die Kenntnisnahme der negativen Stützlast F_SL an dem Anzeige- und Bedienungsgerät 10 bestätigt wurde.
Eine erfindungsgemäße Bremsanpassungsfunktion sieht als Sicherheitsfunktion vor, dass die Bremskraftverteilung in dem Zugfahrzeug 22, 38 derart an die ermittelte Stützlast F_SL angepasst wird, dass einer bei positiven Stützlast (F_SL > 0), also einer zur Fahrbahn gerichteten Stützlast, der Bremsdruck an den Radbremsen der kupplungsnahen Fahrzeugachse 26, 44 erhöht und an den Radbremsen der kupplungsfernen Fahrzeugachse 24, 42 reduziert wird. Bei einer negativen Stützlast (F_SL < 0), also einer von der Fahrbahn weg gerichteten Stützlast, wird der Bremsdruck an den Radbremsen der kupplungsnahen Fahrzeugachse 26, 44 reduziert und an den Radbremsen der kupplungsfernen Fahrzeugachse 24, 42 erhöht.
Bezugszeichenliste

2, 2', 2": Sensoreinrichtung
4, 4', 4": Auswertungseinheit
6: Elektronisches Steuergerät
8: Datenspeicher
10: Anzeige- und Bedienungsgerät, Anzeigeeinrichtung
12: Lautsprecher
14: Warnleuchte
16: Bremssteuergerät
18: Kupplungssperre
20: Erstes Fahrzeuggespann
22: Erstes Zugfahrzeug, Traktor
24: Vorderachse des Traktors
26: Hinterachse des Traktors
28: Erste Anhängevorrichtung, Anhängekupplung
30: Erstes Anhängefahrzeug, Zentralachsanhänger
32: Kipperaufbau des Zentralachsanhängers
34: Deichsel (mit Gegenkupplung)
36: Zweites Fahrzeuggespann
38: Zweites Zugfahrzeug, Sattelzugmaschine
40: Fahrzeugrahmen des Sattelzugmaschine
42: Vorderachse der Sattelzugmaschine
45: Hinterachse der Sattelzugmaschine
46: Zweite Anhängevorrichtung, Sattelkupplung
48: Zweites Anhängefahrzeug, Sattelauflieger
50: Kipperaufbau des Sattelaufliegers
52: Sattelplatte, mit Königszapfen
FSL: Stützlast
FSL_max: Maximale Stützlast, oberer Grenzwert
FSL_min: Minimale Stützlast, unterer Grenzwert

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 3617426 C1 [0007]
DE 10211572 A1 [0008]
DE 102009046113 A1 [0009]
DE 102012012321 B3 [0010]
DE 3935479 A1 [0011]
DE 102018106856 A1 [0012]

Claims

Verfahren zur Steuerung von Sicherheitsfunktionen eines Fahrzeuggespanns (20, 36), welches ein Zugfahrzeug (22, 38) und ein an dieses Zugfahrzeug (22, 38) angekoppeltes Anhängefahrzeug (30, 48) aufweist, wobei mittels einer an einem Koppelelement einer Anhängevorrichtung (28, 46) des Zugfahrzeugs (22, 38) angeordneten Sensoreinrichtung (2, 2', 2") eine von einem Gegenkoppelelement (34, 52) des Anhängefahrzeugs (30, 48) auf das Koppelelement des Zugfahrzeugs (22, 38) übertragene Koppelkraft ermittelt wird, wobei in einer an die Sensoreinrichtung (2, 2', 2") angeschlossenen Auswertungseinheit (4, 4', 4") aus der Koppelkraft eine auf das Zugfahrzeug (22, 38) wirkende vertikale Stützlast (F_SL) ermittelt wird, wobei der Wert der vertikalen Stützlast (F_SL) an ein elektronisches Steuergerät (6) und/oder eine Anzeigeeinrichtung (10) übertragen wird, und wobei die Sicherheitsfunktionen in Abhängigkeit von dem Wert der sensorisch ermittelten Stützlast (F_SL) gesteuert werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren wenigstens eine der folgenden Sicherheitsfunktionen umfasst: a) eine Anhänger- und Kupplungserkennungsfunktion, mit welcher a1) ein angekoppeltes Anhängefahrzeug (30, 48) erkannt wird, und a2) bei mehreren an dem Zugfahrzeug (22, 38) angebauten Anhängevorrichtungen (28, 46) die gerade genutzte Anhängevorrichtung erkannt wird, b) eine Notbremsfunktion, mit welcher beim Überschreiten einer maximalen Stützlast (F_{SL_max}) an der gerade genutzten Anhängevorrichtung (28, 46) eine Notbremsung ausgelöst wird, c) eine Abkoppelsperrfunktion, mit welcher bei einer mit einer steuerbaren Kupplungssperre versehenen Anhängevorrichtung (28, 46) des Zugfahrzeugs (22, 38) ein Lösen der Kuppelverbindung bei einer negativen Stützlast (F_SL < 0) verhindert wird, und d) eine Bremsanpassungsfunktion, mit welcher die Verteilung der Bremskraft auf die Fahrzeugachsen (24, 26; 42, 44) des Zugfahrzeugs (22; 38) an die gerade wirksame Stützlast (F_SL) angepasst wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein angekuppeltes Anhängefahrzeug (30, 48) dadurch erkannt wird, dass der Wert der ermittelten Stützlast (F_SL) ungleich Null ist (F_SL = 0).
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei mehreren Anhängevorrichtungen (28) des Zugfahrzeugs (30) dessen gerade genutzte Anhängevorrichtung (28) dadurch erkannt wird, dass an der gerade genutzten Anhängevorrichtung (28) der Wert der ermittelten Stützlast (F_SL) ungleich Null (F_SL = 0) ist und der ermittelte Wert der Stützlast (F_SL) der anderen Anhängevorrichtungen des Zugfahrzeugs (30) jeweils gleich Null ist (F_SL = 0).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zu verwendende Grenzwerte der Stützlast (F_{SL_min}, F_{SL_max}) an die Bauart und Befestigungsart der jeweiligen Anhängevorrichtung (28) individuell angepasst werden, und dass der ermittelte Wert der Stützlast (F_SL) an ein Bremssteuergerät (16) übertragen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4, dadurch gekennzeichnet, dass während der Fahrt die Betriebsbremsen des Zugfahrzeugs (22, 38) und/oder des Anhängefahrzeugs (30, 48) betätigt werden, und dass bei Erreichen des Fahrzeugstillstands die Betriebsbremsen gelöst werden sowie die Feststellbremsen des Zugfahrzeugs (22, 38) und/oder des Anhängefahrzeugs (30, 48) eingelegt und gegen ein Lösen gesperrt werden, wenn die ermittelte Stützlast (F_SL) den oberen Grenzwert (F_{SL_max}) überschritten hat (F_SL > F_{SL_max}).
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Feststellbremsen trotz einer Überschreitung des oberen Grenzwertes (F_{SL_max}) der Stützlast (F_SL) gelöst werden können, wenn zuvor die Kenntnisnahme der zu hohen Stützlast (F_SL) an einem Bedienungsgerät (10) durch einen Menschen bestätigt wurde.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Weiterfahrt mit der zu hohen Stützlast (F_SL) nach deren Kenntnisnahme und Bestätigung durch einen Menschen nur mit einer reduzierten Motorleistung eines Antriebsmotors des Zugfahrzeugs (22, 38) und/oder nur mit einer reduzierter Höchstgeschwindigkeit möglich ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die steuerbare Kupplungssperre (18) der aktiven Anhängevorrichtung (28, 46) bei Fahrzeugstillstand blockiert wird, wenn die ermittelte Stützlast (F_SL) negativ ist (F_SL < 0).
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine steuerbare Kupplungssperrvorrichtung (18) der gerade genutzten Anhängevorrichtung (28, 46) trotz einer negativen Stützlast (F_SL) mittels einer speziellen Bedienungsprozedur gelöst werden kann, wenn zuvor die Kenntnisnahme der negativen Stützlast (F_SL) an dem Bedienungsgerät (10) durch einen Menschen bestätigt wurde.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremskraftverteilung in dem Zugfahrzeug (22, 38) derart an den ermittelten Wert der Stützlast (F_SL) angepasst wird, dass bei einem positiven Wert der Stützlast (F_SL > 0) der Bremsdruck an den Radbremsen der kupplungsnahen Fahrzeugachse (26, 44) des Zugfahrzeugs (22, 38) erhöht und an den Radbremsen der kupplungsfernen Fahrzeugachse (24, 42) des Zugfahrzeugs (22, 38) reduziert wird, und dass bei einem negativen Wert der Stützlast (F_SL < 0) der Bremsdruck an den Radbremsen der kupplungsnahen Fahrzeugachse (26, 44) des Zugfahrzeugs (22, 38) reduziert und an den Radbremsen der kupplungsfernen Fahrzeugachse (24, 42) des Zugfahrzeugs (22, 38) erhöht wird.