WO2019243099A1 - Method and controller for determining a trailer orientation - Google Patents

Method and controller for determining a trailer orientation Download PDF

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WO2019243099A1
WO2019243099A1 PCT/EP2019/065094 EP2019065094W WO2019243099A1 WO 2019243099 A1 WO2019243099 A1 WO 2019243099A1 EP 2019065094 W EP2019065094 W EP 2019065094W WO 2019243099 A1 WO2019243099 A1 WO 2019243099A1
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WO
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trailer
towing vehicle
relative orientation
determining
position information
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Application number
PCT/EP2019/065094
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Inventor
Fabian FLOHR
Ulrich Reith
Matthias Rüber
Original Assignee
Zf Friedrichshafen Ag
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60D—VEHICLE CONNECTIONS
    • B60D1/00—Traction couplings; Hitches; Draw-gear; Towing devices
    • B60D1/58—Auxiliary devices
    • B60D1/62—Auxiliary devices involving supply lines, electric circuits, or the like
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60D—VEHICLE CONNECTIONS
    • B60D1/00—Traction couplings; Hitches; Draw-gear; Towing devices
    • B60D1/24—Traction couplings; Hitches; Draw-gear; Towing devices characterised by arrangements for particular functions
    • B60D1/30—Traction couplings; Hitches; Draw-gear; Towing devices characterised by arrangements for particular functions for sway control, e.g. stabilising or anti-fishtail devices; Sway alarm means

Definitions

  • the present invention relates to a method and a control device for determining a relative orientation of a trailer to a towing vehicle. Furthermore, the present invention relates to a towing vehicle with such a control device.
  • the present invention relates to a method for determining a relative orientation of a trailer to a towing vehicle, the towing vehicle being connected to the trailer when traveling via a trailer coupling.
  • the towing vehicle can basically be any non-rail-bound vehicle that can pull a trailer.
  • the trailer can basically be any non-rail-bound vehicle for transporting goods that can be attached to such a towing vehicle.
  • the tractor vehicle can be a tractor unit and the trailer can be a semi-trailer.
  • the towing vehicle can be a passenger car, and the trailer can be, for example, a flatbed trailer or a caravan.
  • Towing vehicle and trailer can form a team.
  • the team can be a semitrailer that can have the tractor unit and the semitrailer.
  • the trailer coupling can therefore be a fifth wheel coupling which can have a kingpin and a fifth wheel plate which, when coupled or locked, can establish a connection between the towing vehicle and the trailer.
  • Such a fifth wheel coupling can be designed to transmit a tractive force of the tractor unit to the semitrailer, the semitrailer being able to rotate or pivot relative to the tractor unit during the journey despite the power transmission.
  • the joint travel of the towing vehicle and the trailer can have at least in sections straight travel, cornering and / or a transition between straight travel and cornering. During the journey, the towing vehicle or the trailer can move on a corresponding trajectory.
  • the relative orientation of the trailer to the towing vehicle while traveling together can have an orientation of the trailer to the towing vehicle or a relative position of the trailer with respect to the towing vehicle.
  • Such an orientation, orientation or position of the trailer with respect to the towing vehicle can correspond in the opposite way to an orientation, orientation or position of the towing vehicle with respect to the trailer.
  • the position of the towing vehicle or the trailer can have their respective absolute orientation and / or their respective position.
  • the method also relates to an autonomous journey and the trailer and the towing vehicle form an autonomously drivable team.
  • the towing vehicle can thus be designed as an autonomously drivable towing vehicle and the trailer as an autonomously operable trailer.
  • the autonomously drivable towing vehicle can be an autonomous, self-driving or automated towing vehicle which can be operated at least according to level one of the classification of autonomous driving.
  • the classification of autonomous driving shows the autonomy levels according to level zero to five.
  • the autonomous journey can also be described as an independent journey or as an automated journey. No driver in the towing vehicle can be required for an autonomous drive. be lent.
  • the autonomous team can therefore also be the semitrailer described, which is designed as an autonomous semitrailer.
  • the autonomous team can also be part of a platoon, which can be a convoy of several autonomously operated teams.
  • the method comprises determining spatial position information of the towing vehicle and the trailer.
  • Spatial position information can have one or more positions of the towing vehicle, one or more positions of the trailer, one or more orientations of the towing vehicle and / or one or more orientations of the trailer.
  • the orientations can be absolute orientations, that is orientations in a fixed spatial coordinate system.
  • a trajectory or a drag curve of the towing vehicle and / or the trailer can be determined from a course of the spatial position of the towing vehicle and / or the trailer that is continuously recorded during the autonomous drive.
  • the course of the spatial position can have the course of positions and / or the course of orientations.
  • the method has a derivation of the relative orientation of the trailer from the determined spatial position information.
  • the derived relative orientation can be used for autonomous driving of the vehicle to automatically guide the same.
  • the method for determining the relative orientation of the trailer to the towing vehicle can thus be used for controlling or regulating autonomous driving functions.
  • An automatic maneuvering or parking of the trailer can be carried out based on the derived relative trailer orientation.
  • an autonomous entry or exit of a team can be carried out in or out of a predetermined route.
  • Knowledge of a current articulation angle between the towing vehicle and the trailer may be necessary for such automatic or autonomous functions in order to check during the journey whether and if so how a current one is set articulation angle can affect the driving behavior of the team.
  • Critical articulation angles can thus be recognized automatically and any damage that may result from this can be avoided in good time by intervening in the autonomous drive.
  • a relative orientation of a trailer to a towing vehicle in an autonomous journey of the towing vehicle can essentially only be determined on the basis of absolute positional determinations of the towing vehicle and the trailer.
  • the absolute position determinations can be individual measurements of absolute orientations and / or positions of the towing vehicle and the trailer.
  • the absolute orientations can refer to any reference direction.
  • An advantageous effect of the invention can therefore be seen in the fact that no direct measurements, which are susceptible to faults, between the towing vehicle and the trailer by means of distance-measuring or imaging sensors are necessary in order to determine the relative orientations of the trailer to the towing vehicle.
  • the invention therefore provides a more effective and, at the same time, more reliable concept for deriving a relative trailer orientation in a team.
  • the approach of the invention can also be based on the fact that the relative orientation of the trailer can be derived independently of a currently traveled curve radius.
  • the relative orientation can therefore also be derived, for example, while driving straight ahead or driving on a curved section of the route.
  • the method step of determining spatial position information of the towing vehicle and the trailer comprises determining yaw rates of the towing vehicle and the trailer using yaw rate sensors of a driving dynamics control system.
  • the yaw rates which may have yaw speeds or yaw angles, can be described as the angular speed of a respective rotation of the towing vehicle and the trailer about their respective essentially vertical vertical axis. Any yaw rate sensors can therefore be used as yaw rate sensors.
  • Atenensensor or inertial sensors for separate measurement of yaw rates on the towing vehicle and the trailer can be arranged. For example, micromechanical rotation rate sensors or MEMS chips can be used for this.
  • yaw rate sensors can be present independently of one another on the towing vehicle and on the trailer.
  • a driving dynamics control device forming the driving dynamics control system can be arranged on the towing vehicle and on the trailer.
  • the vehicle dynamics control system or a vehicle dynamics control device can be an electronic stability control (ESP) or a navigation system.
  • ESP electronic stability control
  • yaw rates can be measured with micromechanical rotation rate sensors.
  • yaw rate sensors can advantageously be arranged in the center of gravity of the towing vehicle and the trailer. Systematic error influences on the determination of the yaw rates can be minimized in this way.
  • Directions or absolute orientations or their changes can be determined from the determined yaw rates of the towing vehicle and of the trailer.
  • the relative orientation of the trailer to the towing vehicle can be derived directly from a comparison or a difference in the directions or the absolute orientation of the towing vehicle and the absolute orientation of the trailer. For this, geometric dimensions of the team, the towing vehicle and / or the trailer can be taken into account.
  • the method step of determining spatial position information of the towing vehicle and the trailer comprises determining positions of the towing vehicle and / or the trailer using a navigation system.
  • the positions which locations can define can be described as location vectors in a spatial coordinate system.
  • at least one component of a satellite-based positioning system can be arranged on the towing vehicle and / or the trailer.
  • at least one GNSS antenna for example one GPS antenna, be arranged on the towing vehicle and / or the trailer.
  • positions of the towing vehicle and the trailer can be determined in near real time, for example using differential GPS, taking reference data into account.
  • Such components of a satellite-based positioning system can be at least partially encompassed by the navigation system of the team.
  • information about a route can be provided with a navigation system, the team being able to follow the route or a track on it.
  • absolute orientations or changes in absolute orientations can be determined from a plurality of specific positions of the towing vehicle and / or the trailer and / or the route provided, by means of a trajectory determined therefrom. From a comparison or a difference between the absolute orientation of the towing vehicle and the absolute orientation of the trailer, the relative orientation of the trailer to the towing vehicle can be derived alternatively or in addition to the described consideration of the absolute orientations from the yaw rates.
  • a further embodiment of the method has, as a method step, determining wheel speed differences on wheels of the towing vehicle and / or of the trailer using speed sensors.
  • spatial position information is determined as a function of the determined wheel speed differences.
  • the determination of spatial position information of the towing vehicle can include a determination of spatial position information of the towing vehicle on a rear axle of the towing vehicle. This can be advantageous in order to take into account, for example, the influences of a cornering while driving the trailer when deriving the relative orientation of the trailer.
  • the method step of deriving the relative orientation of the trailer comprises determining an angle between a longitudinal axis of the towing vehicle and a longitudinal axis of the trailer. The orientation of the towing vehicle to the trailer can be expressed by an angle in the trailer coupling between the longitudinal axes of the towing vehicle and the trailer.
  • the angle When driving straight ahead and when the trailer is not deflected, the angle can be zero degrees and when the trailer is theoretically deflected at right angles to the towing vehicle, the angle can be 90 degrees. The angle between them can have any angle between zero and 90 degrees.
  • the relative orientation or the angle can also define an articulation angle, which can describe a kinking of the longitudinal axis of the trailer to the longitudinal axis of the towing vehicle on the trailer coupling.
  • the method step of deriving the relative orientation of the trailer comprises establishing and applying a mathematical relationship between the spatial position information and the relative orientation of the trailer.
  • the mathematical relationship can be a geometric or trigonometric relationship.
  • the relative orientations or the angle between the towing vehicle and the trailer can be derived directly from certain absolute orientations or directions of the towing vehicle and the trailer by forming a difference. From certain positions of the towing vehicle and the trailer, the relative orientation or the angle between the towing vehicle and the trailer can be calculated indirectly through intermediate trajectory calculations of the towing vehicle and the trailer and respective tangents to the trajectories of the towing vehicle and the trailer.
  • the relative orientation of the trailer can be derived by forming a difference between the tangents.
  • the method has, as an additional method step, determining a force difference resulting from a lever between the trailer coupling and a wheel contact area of the towing vehicle.
  • the force difference is formed from two forces which act on two chassis components of the towing vehicle which are spaced apart during the autonomous travel of the team.
  • the towing vehicle and the trailer can tilt towards the outside of the curve due to centrifugal forces acting on them and trigger a corresponding swaying of the towing vehicle and the trailer.
  • the centrifugal forces can have centripetal force components or centrifugal force components. Such a rolling behavior can result in a rolling moment on the towing vehicle and the trailer.
  • a lever formed by the rolling moment and by rigid chassis components can thus be physically and locally arranged between the trailer coupling and the wheel contact area on the towing vehicle.
  • Such a lever can be formed by chassis components which are essentially perpendicular to a longitudinal axis of the towing vehicle.
  • a lever can have rigidly connected components of the chassis.
  • the lever between the trailer coupling and the wheel contact surface can have a pivot point and a lever arm.
  • the fulcrum of the lever can be formed on the trailer coupling or at a point along the longitudinal axis of the towing vehicle.
  • the lever arm of the lever can be a power arm or a load arm.
  • the lever arm can extend laterally next to the trailer coupling or essentially perpendicular to the longitudinal axis of the vehicle up to the wheel contact area.
  • the lever arm can thus be rotatable or pivotable about the trailer coupling or about a point along the longitudinal axis of the vehicle.
  • a corresponding torque in relation to the pivot point can be based on the rolling moment described.
  • two lever arms can also extend in a rocker-like manner, with both lever arms on the same torque ment or rolling moment in the trailer coupling.
  • a lever with two lever arms can be formed by a wheel axle as a rigid chassis component, for example the rear wheel axle of the towing vehicle, when cornering.
  • the difference in force which is formed from the two forces acting on spaced chassis components, can thus also be described as the difference between two lever forces, which act on the chassis of the towing vehicle on the inside and outside of the curve due to a roll moment during cornering.
  • the two forces can act on both sides of the trailer coupling or the vehicle's longitudinal axis on chassis components, the forces to the right and left of the trailer coupling or the vehicle's longitudinal axis acting in different directions of force action.
  • the force action directions can have essentially opposite directions.
  • the chassis of the towing vehicle on which the forces can act, can comprise all vehicle components which can serve to connect a chassis of the towing vehicle to the roadway via the wheels.
  • the wheels can touch the road surface on the wheel contact patch. Since the tires touch the road, the wheel contact patch can also be described as a tire contact patch.
  • Chassis components can thus be, for example, wheels, wheel carriers, wheel bearings, brakes, wheel suspensions, subframes, springs, stabilizers, dampers and components of the steering.
  • the embodiment relating to the determination of a force difference resulting from a lever between the trailer coupling and a wheel contact surface of the towing vehicle has, as a further method step, a derivation of the relative orientation of the trailer from the determined spatial position information and the determined force difference.
  • Deriving the relative orientation can therefore additionally involve modeling a mathematical relationship between the described effects of force on the towing vehicle and the trailer orientation.
  • properties of the trailer and / or the towing vehicle can be determined and used for calibrating the computing model while driving or even before driving.
  • properties can include respective driving dynamics parameters, dimensions, distances and / or weights of the towing vehicle and / or the trailer.
  • the mathematical relationship between the spatial orientations and the trailer orientation can be used together with the mathematical relationship between the forces acting on the towing vehicle and the trailer orientation in order to reliably and more accurately derive the relative orientation of the trailer.
  • An advantageous effect of jointly determining spatial position information, above all determining yaw rates of the towing vehicle and / or the trailer, together with determining a force difference on the towing vehicle can be seen in the fact that force components of the centripetal force or, respectively, acting on the towing vehicle and its chassis Centrifugal force, which can falsify or systematically change the forces acting on the two spaced-apart chassis components of the towing vehicle, can be compensated for when determining the force difference.
  • the specific spatial position information, especially certain yaw rates can be used to correct force measurements.
  • Compensating force components acting on the towing vehicle due to the driving dynamics effect can include eliminating or calculating these force components.
  • the driving speed can also be taken into account as a driving dynamics parameter in order to compensate for corresponding force components or measuring errors acting on the towing vehicle and its chassis.
  • the method step of deriving the relative orientation of the trailer has a direct measurement of the two forces acting on the spaced-apart chassis components of the towing vehicle.
  • dynamometers or force transducers can be arranged on the chassis components.
  • Force measurement can include measuring tensile forces and / or compressive forces acting on the chassis components.
  • stretching and compressive deformations on the leaf springs can be determined by means of strain gauges and the forces acting on these are determined from this. Leverage forces triggered by the roll moment can thus advantageously be determined directly on chassis components.
  • the method step of deriving the relative orientation of the trailer comprises determining a pressure difference resulting from the force difference and deriving the relative orientation of the trailer from the determined spatial position information and the determined pressure difference. From the forces acting on the spaced-apart chassis components of the towing vehicle, pressures present on respective surfaces of the chassis components can be determined. The surfaces can be arranged on or in the two spaced-apart chassis components. The pressure difference can then be calculated from a difference between the two pressures thus determined. The pressure difference can also be based on a change in pressure.
  • the method step of deriving the relative orientation of the trailer has a direct measurement of two pressures present in the chassis components of the towing vehicle which are spaced apart from one another.
  • pressure gauges can be arranged in or on the chassis components.
  • One advantage of such pressure measurements is that pressure gauges already present in chassis components can be used to determine lever forces.
  • the two spaced-apart chassis components are dampers of the towing vehicle.
  • the dampers can have mechanical dampers or springs. Alternatively or additionally, the dampers can have hydro-pneumatic suspensions.
  • the dampers can be shock absorbers of the towing vehicle.
  • the dampers can have oil-sprung dampers, which can be passive oil-sprung dampers or actively or electronically oil-sprung dampers. With such dampers, oil pressures can be measured, from which corresponding forces which cause the oil pressures in the dampers are derived. that can. Using oil pressures in this way has the advantage that continuous measurement of oil pressures in electronically controlled damper systems of towing vehicles can be used to derive the relative orientation of the trailer.
  • the dampers can have compressed air dampers, air spring dampers or hydropneumatic dampers for damping vibrations of the vehicle chassis.
  • Such dampers can be provided for regulating a vehicle level, with which the vehicle level of the towing vehicle can be raised and lowered.
  • the vehicle level of the towing vehicle can thus be adapted to the level of the trailer.
  • Compressed air dampers or hydropneumatic dampers can be components of an air suspension of the towing vehicle, which can also ensure driving stability and driving comfort while driving. With such dampers, air pressures and / or oil pressures can be measured, from which corresponding forces which cause fluid pressures in the dampers can be derived.
  • the dampers can also be magnetorheological dampers.
  • a control current which can flow through coils of the dampers can be applied to such dampers.
  • the control current can change the viscosity of a magnetorheological damper medium.
  • the control current can therefore also be used to determine pressures or to derive damper forces.
  • determining the pressure difference resulting from the determined force difference comprises detecting two fluid pressures in the two spaced apart dampers.
  • the fluid pressures can be respective air pressures and / or oil pressures in the dampers.
  • the rolling moment or torque that arises during cornering can affect the pressures described.
  • Pressures can decrease or increase due to the lever and the lever forces acting in the dampers.
  • Vertical forces generated in this way on dampers can be in a direct physical connection with the roll moment or torque present at the trailer coupling and / or one there acting force. The relative trailer orientation can therefore essentially be derived directly from the forces described.
  • a damper which is arranged on a side of the chassis facing the inside of the curve, can be additionally relieved due to a vertically upward lever force component, as a result of which the pressure in such an inner damper can be reduced.
  • a damper which is arranged on a side of the chassis facing the outside of the bend, on the other hand, can be additionally loaded due to a vertically downward lever force component, which can increase the pressure in such an inner damper.
  • the pressure in the dampers thus reduced or increased can relate to a reference pressure prevailing in the dampers during straight travel or a vehicle standstill, which reference pressure can be substantially the same in the dampers on both sides of the chassis.
  • the derivation of the relative orientation of the trailer can thus be based on a comparison of pressures in dampers opposite one another with respect to a longitudinal axis of the towing vehicle, that is to say in at least one right and left damper.
  • a pressure difference resulting from such a comparison can thus be a measure of a current relative orientation of the trailer during cornering.
  • the measure can have a proportional mathematical relationship.
  • the two spaced-apart chassis components are wheels of the towing vehicle.
  • the wheels can be arranged on a wheel axle of the towing vehicle, which can be a right and a left wheel.
  • the wheels can be used as chassis components, and forces or pressures acting on them can also be monitored.
  • the determination of the pressure difference resulting from the determined force difference has a detection of two air pressures in the two spaced-apart wheels.
  • the air pressures can be tire pressures in tires of the wheels.
  • the rolling moment or torque that arises during cornering can have an analogous effect on the pressures in dampers on air pressures in wheels.
  • a wheel or tire, which is arranged on a side of the chassis facing the inside of the curve, can be relieved due to the vertically upward lever force component, as a result of which the tire pressure in such an inner tire can be reduced.
  • a wheel or tire, which is arranged on a side of the undercarriage facing the outside of the curve, on the other hand can be loaded due to the vertically downward lever force component, as a result of which the tire pressure in such an inner tire can be increased.
  • the lever force components triggered by the lever and the rolling moment can represent force components acting vertically on the tire contact patches.
  • the tire pressure in the tires reduced or increased in this way can relate to a reference pressure in the tires which prevails during straight travel or a vehicle standstill, which reference pressure can be substantially the same on both sides of the chassis or can be measured before a journey.
  • the leverage components can also be described as vertical tensile or compressive force components on the chassis or on the tires and their contact surfaces.
  • the derivation of the relative orientation of the trailer can thus, alternatively or in addition to the comparison of pressures in opposing dampers, be based on an additional comparison of tire pressures.
  • a tire pressure difference resulting from such a comparison can thus also be an additional measure for a current relative orientation of the trailer during cornering.
  • Such additional comparisons can advantageously increase the reliability and accuracy when deriving the relative orientation of the trailer when cornering.
  • the two spaced-apart chassis components of the towing vehicle are attached to a rear axle of the towing vehicle.
  • Compressed air dampers for regulating the vehicle level can be arranged on the rear axle of the towing vehicle.
  • the vertical force components generated on the dampers of the rear axle of the towing vehicle by the rolling moment when cornering can advantageously have a direct physical connection with the torque or a force in a point of attachment formed by the trailer coupling.
  • the method step of deriving the relative orientation of the trailer comprises establishing and / or applying a mathematical relationship between the determined spatial position information, the determined force difference and the relative orientation of the trailer to be derived.
  • the mathematical relationship can furthermore have a relationship between one or more of the determined pressure difference and the relative orientation of the trailer to be derived.
  • the determination and / or application of the mathematical relationship can also include a joint consideration of differential pressures in dampers and / or in wheels of the towing vehicle.
  • the mathematical relationship can also take into account yaw rates, positions and / or wheel speeds of the towing vehicle and / or the trailer.
  • the mathematical relationship can also have a linear or proportional relationship, for example based on the physical lever law.
  • One of the mathematical relationships described can include methods of data fusion, parameter estimation and / or compensation calculation in order to derive the relative orientation of the trailer in an overdetermined system of equations.
  • a filtering approach for example a Kalman filter, can also be used to support or to establish the mathematical connection.
  • Each of these redundancy concepts has the advantage that the relative orientation of the trailer can be determined more precisely and reliably.
  • the individual calculation variables can flow individually, redundantly or in any combination into a common calculation model to derive the relative orientation of the trailer.
  • Such a calculation model has the advantage that systematic error influences on the relative orientation can be taken into account more precisely and reliably.
  • the mathematical relationship can therefore also be an estimate of the have relative orientation of the trailer or an articulation angle between the towing vehicle and trailer.
  • the present invention further relates to a control device for determining a relative orientation of a trailer to a towing vehicle, the trailer and the towing vehicle forming an autonomously drivable combination and the control device being set up to carry out the method steps according to one of the previously described embodiments.
  • the control device has a signal input for receiving a signal for determining spatial position information of the towing vehicle and the trailer and a signal output for outputting a signal for deriving the relative orientation of the trailer from the determined spatial position information.
  • the present invention further relates to an autonomous towing vehicle to which a trailer can be attached via a trailer coupling.
  • the towing vehicle has the control device described.
  • the autonomous towing vehicle can be operated without a driver.
  • Figure 1 shows an autonomous towing vehicle with a control device according to an embodiment of the invention and a trailer attached to the towing vehicle.
  • FIG. 2 shows the autonomous towing vehicle according to FIG. 1 without the trailer shown in FIG. 1.
  • FIG. 3 shows a flow diagram of method steps for executing the
  • FIG. 1 shows a top view of an autonomous semitrailer 5 as an autonomously drivable team during an autonomous journey along a street 6.
  • the autonomous driver Tractor unit 5 comprises an autonomously drivable tractor unit 2 as a tractor vehicle and an autonomously operable semitrailer 4 as a trailer.
  • the semitrailer 5 is shown without the semitrailer 4 for reasons of clarity.
  • the tractor unit 2 is coupled to the semitrailer 4 by means of a fifth wheel 3 such that the semitrailer 4 can be rotated relative to the tractor unit 2 about the fifth wheel 3, that is to say about a kingpin 7 of the fifth wheel 3.
  • the fifth wheel coupling 3 has the king pin 7 arranged on the semi-trailer 4 and a fifth wheel plate 8 shown in FIG. 2 and arranged on the tractor unit 2.
  • the king pin 7 engages in a coupled state of the fifth wheel coupling 3 in the fifth wheel plate 8 and is locked in it.
  • the semitrailer 5 traverses a curve 9.
  • the semitrailer 4 rotates relative to the tractor unit 2 about the fifth wheel coupling 3.
  • the relative orientation of the semitrailer 4 to the tractor unit 2 is through an angle 43, which is formed in the fifth wheel coupling 3 between a longitudinal axis 42 of the tractor unit 2 and a longitudinal axis 44 of the semi-trailer 4.
  • a yaw rate sensor 12, 14 and a GPS antenna 22, 24 are also arranged on the tractor unit 2 and on the semi-trailer 4.
  • the position of the yaw rate sensor 12 and the GPS antenna 22 on the tractor unit 2 is defined in a vehicle coordinate system 52 of the tractor unit 2.
  • the position of the yaw rate sensor 14 and the GPS antenna 24 on the semi-trailer 4 is defined in a further vehicle coordinate system 54 of the semi-trailer 4.
  • the position of the longitudinal axis 42 of the tractor unit 2 in the vehicle coordinate system 52 of the tractor unit 2 and the position of the longitudinal axis 44 of the semitrailer 4 in the vehicle coordinate system 54 of the semitrailer 4 is fixed.
  • the angle 43 is calculated using a trigonometric relationship between yaw rates (not shown) of the yaw rate sensors 12, 14, positions (not shown) of the GPS antennas 22, 24 and the angle 43.
  • yaw rates not shown
  • 5 absolute orientations not shows
  • the trigonometric relationship then comprises a difference between the determined absolute orientations in order to calculate the angle 43.
  • FIG. 3 shows method steps S1, S2, S3 for calculating the angle 43 shown in FIG. 1 in a chronological sequence.
  • the method steps are carried out by a control device 50 arranged on the tractor unit 2 and shown in FIGS. 1 and 2.
  • the first method step S1 carried out by the control device 50 comprises a respective position determination of the tractor unit 2 and the semitrailer 4.
  • the position determinations have the orientation determinations of the tractor unit 2 and the semitrailer 4 described with reference to FIGS. 1 and 2.
  • the yaw rate sensors 12, 14 determine yaw rates of the tractor unit 2 and the semi-trailer 4 at locations of the tractor unit 5.
  • the GPS antennas 22, 24 also determine positions of the tractor unit 2 and the semi-trailer 4 at the locations of the tractor unit 5.
  • the second method step S2 carried out by the control device 50 comprises establishing the described trigonometric relationship between the position information determined in step S1 and the angle 43 shown in FIG. 1.
  • the third method step S3 carried out by the control device 50 comprises using the described trigonometric relationship between the position information determined in step S1 and the angle 43 shown in FIG. 1 for calculating the angle 43.
  • the angle 43 thus calculated describes that during the autonomous travel of the tractor-trailer 5 current relative orientation of the semi-trailer 4 to the tractor unit 2 present through the curve 9.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Control Of Driving Devices And Active Controlling Of Vehicle (AREA)

Abstract

The invention relates to a method for determining the orientation of a trailer (4) relative to a towing vehicle (2), wherein the trailer (4) and the towing vehicle (2) form a vehicle combination (5) which can be driven autonomously, and the towing vehicle (2) is connected to the trailer (4) via a trailer coupling (3) during an autonomous drive. The method has the steps of determining (51) spatial positional information of the towing vehicle (2) and the trailer (4) and deriving (53) the relative orientation of the trailer (4) from the determined spatial positional information. The invention additionally relates a controller for carrying out the method.

Description

Verfahren und Steuereinrichtung zum Bestimmen einer Anhängerorientierung  Method and control device for determining trailer orientation
Technisches Gebiet Technical field
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Steuereinrichtung zum Bestimmen einer relativen Orientierung eines Anhängers zu einem Zugfahrzeug. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Zugfahrzeug mit einer derartigen Steuereinrichtung. The present invention relates to a method and a control device for determining a relative orientation of a trailer to a towing vehicle. Furthermore, the present invention relates to a towing vehicle with such a control device.
Stand der Technik State of the art
Für einen sicheren Fährbetrieb eines Gespanns, welches ein Zugfahrzeug und einen Anhänger aufweisen kann, ist es erforderlich, kritische Ausrichtungen des Anhängers zu dem Zugfahrzeug zu vermeiden. Aus der DE 10 2014 214 141 A1 ist es bekannt, die Ausrichtung von derartigen Fahrzeugsegmenten eines konventionellen Gespanns auf Grundlage eines einfachen Einspurmodells zu berechnen. For safe operation of a trailer, which can have a towing vehicle and a trailer, it is necessary to avoid critical alignments of the trailer to the towing vehicle. From DE 10 2014 214 141 A1 it is known to calculate the orientation of such vehicle segments of a conventional combination on the basis of a simple single-track model.
Darstellung der Erfindung Presentation of the invention
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Bestimmen einer relativen Orientierung eines Anhängers zu einem Zugfahrzeug, wobei das Zugfahrzeug bei einer Fahrt über eine Anhängerkupplung mit dem Anhänger verbunden ist. The present invention relates to a method for determining a relative orientation of a trailer to a towing vehicle, the towing vehicle being connected to the trailer when traveling via a trailer coupling.
Bei dem Zugfahrzeug kann es sich grundsätzlich um jedes nicht schienengebundene Fahrzeug handeln, welches einen Anhänger ziehen kann. Bei dem Anhänger kann es sich grundsätzlich um jedes nicht schienengebundene Fahrzeug zum Transportieren von Gütern handeln, welches an ein solches Zugfahrzeug angehängt werden kann. The towing vehicle can basically be any non-rail-bound vehicle that can pull a trailer. The trailer can basically be any non-rail-bound vehicle for transporting goods that can be attached to such a towing vehicle.
Das Zugfahrzeug kann in einem Beispiel eine Sattelzugmaschine und der Anhänger ein Sattelauflieger sein. Das Zugfahrzeug kann in einem anderen Beispiel ein Personenkraftwagen sein, wobei der Anhänger beispielsweise ein Tieflader oder ein Wohnwagen sein kann. Zugfahrzeug und Anhänger können gemeinsam ein Gespann bilden. Bei dem Gespann kann es sich um einen Sattelzug handeln, welcher die Sattelzugmaschine und den Sattelauflieger aufweisen kann. Bei der Anhängerkupplung kann es sich somit um eine Sattelkupplung handeln, welche einen Königszapfen und eine Sattelplatte aufweisen kann, welche in gekuppeltem beziehungsweise verriegeltem Zustand eine Verbindung zwischen Zugfahrzeug und Anhänger hersteilen können. Eine solche Sattelkupplung kann zur Übertragung einer Zugkraft der Sattelzugmaschine auf den Sattelauflieger ausgebildet sein, wobei sich der Sattelauflieger trotz der Kraftübertragung relativ zur Sattelzugmaschine während der Fahrt verdrehen beziehungsweise verschwenken kann. In one example, the tractor vehicle can be a tractor unit and the trailer can be a semi-trailer. In another example, the towing vehicle can be a passenger car, and the trailer can be, for example, a flatbed trailer or a caravan. Towing vehicle and trailer can form a team. The team can be a semitrailer that can have the tractor unit and the semitrailer. The trailer coupling can therefore be a fifth wheel coupling which can have a kingpin and a fifth wheel plate which, when coupled or locked, can establish a connection between the towing vehicle and the trailer. Such a fifth wheel coupling can be designed to transmit a tractive force of the tractor unit to the semitrailer, the semitrailer being able to rotate or pivot relative to the tractor unit during the journey despite the power transmission.
Die gemeinsame Fahrt des Zugfahrzeugs und des Anhängers kann zumindest abschnittsweise eine Geradeausfahrt, eine Kurvenfahrt und/oder eine Übergangsfahrt zwischen einer Geradeausfahrt und einer Kurvenfahrt aufweisen. Während der Fahrt kann sich das Zugfahrzeug beziehungsweise der Anhänger auf einer entsprechenden Trajektorie bewegen. The joint travel of the towing vehicle and the trailer can have at least in sections straight travel, cornering and / or a transition between straight travel and cornering. During the journey, the towing vehicle or the trailer can move on a corresponding trajectory.
Die relative Orientierung des Anhängers zum Zugfahrzeug während deren gemeinsamen Fahrt kann eine Ausrichtung des Anhängers zum Zugfahrzeug oder eine Relativlage des Anhängers bezüglich des Zugfahrzeugs aufweisen. Eine derartige Orientierung, Ausrichtung oder Lage des Anhängers bezüglich des Zugfahrzeugs kann in umgekehrter Weise einer Orientierung, Ausrichtung oder Lage des Zugfahrzeugs zum Anhänger entsprechen. Die Lage des Zugfahrzeugs oder des Anhängers kann deren jeweilige absolute Orientierung und/oder deren jeweilige Position aufweisen. The relative orientation of the trailer to the towing vehicle while traveling together can have an orientation of the trailer to the towing vehicle or a relative position of the trailer with respect to the towing vehicle. Such an orientation, orientation or position of the trailer with respect to the towing vehicle can correspond in the opposite way to an orientation, orientation or position of the towing vehicle with respect to the trailer. The position of the towing vehicle or the trailer can have their respective absolute orientation and / or their respective position.
Das Verfahren bezieht sich ferner auf eine autonome Fahrt und der Anhänger und das Zugfahrzeug bilden dabei ein autonom fahrbares Gespann. Das Zugfahrzeug kann somit als autonom fahrbares Zugfahrzeug und der Anhänger als autonom betreibbarer Anhänger ausgebildet sein. Das autonom fahrbare Zugfahrzeug kann ein autonomes, selbstfahrendes oder automatisiertes Zugfahrzeug sein, welches zumindest gemäß Level Eins der Klassifizierung des Autonomen Fahrens betreibbar ist. Die Klassifizierung des Autonomen Fahrens weist die Autonomiestufen gemäß Level Null bis Fünf auf. Die autonome Fahrt kann auch als selbstständige Fahrt oder als automatisierte Fahrt beschrieben werden. Für eine autonome Fahrt kann kein Fahrer im Zugfahrzeug erforder- lieh sein. Das autonome Gespann kann daher auch der beschriebene Sattelzug sein, welcher als autonomer Sattelzug ausgebildet ist. Das autonome Gespann kann auch Bestandteil eines Platoons sein, welcher ein Konvoi aus mehreren autonom betreibbaren Gespannen sein kann. The method also relates to an autonomous journey and the trailer and the towing vehicle form an autonomously drivable team. The towing vehicle can thus be designed as an autonomously drivable towing vehicle and the trailer as an autonomously operable trailer. The autonomously drivable towing vehicle can be an autonomous, self-driving or automated towing vehicle which can be operated at least according to level one of the classification of autonomous driving. The classification of autonomous driving shows the autonomy levels according to level zero to five. The autonomous journey can also be described as an independent journey or as an automated journey. No driver in the towing vehicle can be required for an autonomous drive. be lent. The autonomous team can therefore also be the semitrailer described, which is designed as an autonomous semitrailer. The autonomous team can also be part of a platoon, which can be a convoy of several autonomously operated teams.
Das Verfahren weist als Verfahrensschritt ein Bestimmen räumlicher Lageinformationen des Zugfahrzeugs und des Anhängers auf. Räumliche Lageinformationen können eine oder mehrere Positionen des Zugfahrzeugs, eine oder mehrere Positionen des Anhängers, eine oder mehrere Orientierungen des Zugfahrzeugs und/oder eine oder mehrere Orientierungen des Anhängers aufweisen. Die Orientierungen können absolute Orientierungen, das heißt Orientierungen in einem festen räumliche Koordinatensystem sein. Aus einem während der autonomen Fahrt kontinuierlichen erfassten Verlaufs der räumlichen Lage des Zugfahrzeugs und/oder des Anhängers kann eine Trajektorie oder eine Schleppkurve des Zugfahrzeugs und/oder des Anhängers bestimmt werden. Der Verlauf der räumlichen Lage kann den Verlauf von Positionen und/oder den Verlauf von Orientierungen aufweisen. Das Berücksichtigen räumlicher Lageinformationen hat somit den Vorteil, dass die Fahrdynamik und das Bewegungsverhalten des Zugfahrzeugs und des Anhängers zunächst separat und unabhängig voneinander bestimmt werden können, um dann einen von dem Zugfahrzeug und dem Anhänger im Gespann gebildeten Knickwinkel im Wesentlichen direkt abzuleiten. As a method step, the method comprises determining spatial position information of the towing vehicle and the trailer. Spatial position information can have one or more positions of the towing vehicle, one or more positions of the trailer, one or more orientations of the towing vehicle and / or one or more orientations of the trailer. The orientations can be absolute orientations, that is orientations in a fixed spatial coordinate system. A trajectory or a drag curve of the towing vehicle and / or the trailer can be determined from a course of the spatial position of the towing vehicle and / or the trailer that is continuously recorded during the autonomous drive. The course of the spatial position can have the course of positions and / or the course of orientations. Taking spatial information into account thus has the advantage that the driving dynamics and the movement behavior of the towing vehicle and the trailer can initially be determined separately and independently of one another, in order then to derive an articulation angle formed by the towing vehicle and the trailer in the combination essentially directly.
Das Verfahren weist als weiteren Verfahrensschritt ein Ableiten der relativen Orientierung des Anhängers aus den bestimmten räumlichen Lageinformationen auf. Die abgeleitete relative Orientierung kann für ein autonomes Fahren des Gespanns zum automatisieren Spurführen desselben verwendet werden. Das Verfahren zum Bestimmen der relativen Orientierung des Anhängers zum Zugfahrzeug kann somit für das Steuern beziehungsweise Regeln autonomer Fahrfunktionen angewandt werden. Ein automatisches Rangieren oder Parken des Gespanns kann so basierend auf der abgeleiteten relativen Anhängerorientierung durchgeführt werden. Ferner kann ein autonomes Einfahren oder Ausfahren eines Gespanns in oder aus einer vorgegebenen Route durchgeführt werden. Eine Kenntnis eines aktuellen Knickwinkels zwischen Zugfahrzeug und Anhänger kann für derart automatische beziehungsweise autonome Funktionen notwendig sein, um während der Fahrt zu überprüfen, ob und wenn ja wie sich ein aktuell eingestellter Knickwinkel auf das Fahrverhalten des Gespanns auswirken kann. Kritische Knickwinkel können so automatisch erkannt werden und aus diesen möglicherweise entstehende Schäden rechtzeitig durch ein Eingreifen in die autonome Fahrt vermieden werden. As a further method step, the method has a derivation of the relative orientation of the trailer from the determined spatial position information. The derived relative orientation can be used for autonomous driving of the vehicle to automatically guide the same. The method for determining the relative orientation of the trailer to the towing vehicle can thus be used for controlling or regulating autonomous driving functions. An automatic maneuvering or parking of the trailer can be carried out based on the derived relative trailer orientation. Furthermore, an autonomous entry or exit of a team can be carried out in or out of a predetermined route. Knowledge of a current articulation angle between the towing vehicle and the trailer may be necessary for such automatic or autonomous functions in order to check during the journey whether and if so how a current one is set articulation angle can affect the driving behavior of the team. Critical articulation angles can thus be recognized automatically and any damage that may result from this can be avoided in good time by intervening in the autonomous drive.
Im Rahmen der Erfindung kann somit eine relative Orientierung eines Anhängers zu einem Zugfahrzeug in einer autonomen Fahrt derselben im Wesentlichen nur auf Grundlage von absoluten Lagebestimmungen des Zugfahrzeugs und des Anhängers bestimmt werden. Bei den absoluten Lagebestimmungen kann es sich dabei um einzelne Messungen von absoluten Orientierungen und/oder Positionen des Zugfahrzeugs und des Anhängers handeln. Die absoluten Orientierungen können sich auf eine beliebige Referenzrichtung beziehen. Within the scope of the invention, a relative orientation of a trailer to a towing vehicle in an autonomous journey of the towing vehicle can essentially only be determined on the basis of absolute positional determinations of the towing vehicle and the trailer. The absolute position determinations can be individual measurements of absolute orientations and / or positions of the towing vehicle and the trailer. The absolute orientations can refer to any reference direction.
Ein vorteilhafter Effekt der Erfindung kann daher darin gesehen werden, dass keine störungsanfälligen direkten Messungen zwischen Zugfahrzeug und Anhänger mittels distanzmessender oder bildgebender Sensorik notwendig sein müssen, um die relative Orientierungen des Anhängers zum Zugfahrzeug zu bestimmen. Mit der Erfindung wird daher ein effektiveres und zugleich zuverlässigeres Konzept zum Ableiten einer relativen Anhängerorientierung in einem Gespann bereitgestellt. An advantageous effect of the invention can therefore be seen in the fact that no direct measurements, which are susceptible to faults, between the towing vehicle and the trailer by means of distance-measuring or imaging sensors are necessary in order to determine the relative orientations of the trailer to the towing vehicle. The invention therefore provides a more effective and, at the same time, more reliable concept for deriving a relative trailer orientation in a team.
Dem Ansatz der Erfindung kann ferner zugrunde gelegt werden, dass die relative Orientierung des Anhängers unabhängig von einem aktuell abgefahrenen Kurvenradius abgeleitet werden kann. Die relative Orientierung kann daher beispielsweise auch während einer Geradeausfahrt oder einer Fahrt auf einem gekrümmten Streckenabschnitt abgeleitet werden. The approach of the invention can also be based on the fact that the relative orientation of the trailer can be derived independently of a currently traveled curve radius. The relative orientation can therefore also be derived, for example, while driving straight ahead or driving on a curved section of the route.
In einer Ausführungsform weist der Verfahrensschritt des Bestimmens räumlicher Lageinformationen des Zugfahrzeugs und des Anhängers ein Bestimmen von Gierraten des Zugfahrzeugs und des Anhängers mit Gierratensensoren eines Fahrdynamikregelungssystems auf. Die Gierraten, welche Giergeschwindigkeiten beziehungsweise Gierwinkel aufweisen können, können als Winkelgeschwindigkeit einer jeweiligen Drehung des Zugfahrzeugs und des Anhängers um deren jeweilige im Wesentlichen vertikale Hochachse beschrieben werden. Als Gierratensensoren können daher jede Drehr- atensensoren oder Inertialsensoren zum separaten Messen von Gierraten auf dem Zugfahrzeug und dem Anhänger angeordnet sein. Zum Beispiel können hierfür mikromechanische Drehratensensoren oder MEMS-Chips verwendet werden. In one embodiment, the method step of determining spatial position information of the towing vehicle and the trailer comprises determining yaw rates of the towing vehicle and the trailer using yaw rate sensors of a driving dynamics control system. The yaw rates, which may have yaw speeds or yaw angles, can be described as the angular speed of a respective rotation of the towing vehicle and the trailer about their respective essentially vertical vertical axis. Any yaw rate sensors can therefore be used as yaw rate sensors. Atenensensor or inertial sensors for separate measurement of yaw rates on the towing vehicle and the trailer can be arranged. For example, micromechanical rotation rate sensors or MEMS chips can be used for this.
Gierratensensoren können in einem Fahrdynamikregelungssystem, welches auch als ein Fahrstabilitätssystem oder Fahrdynamikstabilisierungssystem verstanden werden kann, auf dem Zugfahrzeug und auf dem Anhänger unabhängig voneinander vorhanden sein. Auf dem Zugfahrzeug und auf dem Anhänger kann hierfür jeweils eine das Fahrdynamikregelungssystem bildende Fahrdynamikregelungseinrichtung angeordnet sein. Beispielsweise kann es sich bei dem Fahrdynamikregelungssystem oder bei einer Fahrdynamikregelungseinrichtung um eine elektronische Stabilitätskontrolle (ESP) oder um ein Navigationssystem handeln. Mit derartigen Fahrdynamikregelungssystemen können Gierraten mit mikromechanische Drehratensensoren gemessen werden. Gierratensensoren können hierfür in vorteilhafter Weise in Schwerpunkten des Zugfahrzeugs und des Anhängers angeordnet sein. Systematische Fehlereinflüsse auf das Bestimmen der Gierraten können so minimiert werden. In a vehicle dynamics control system, which can also be understood as a vehicle stability system or vehicle dynamics stabilization system, yaw rate sensors can be present independently of one another on the towing vehicle and on the trailer. For this purpose, a driving dynamics control device forming the driving dynamics control system can be arranged on the towing vehicle and on the trailer. For example, the vehicle dynamics control system or a vehicle dynamics control device can be an electronic stability control (ESP) or a navigation system. With such driving dynamics control systems, yaw rates can be measured with micromechanical rotation rate sensors. For this purpose, yaw rate sensors can advantageously be arranged in the center of gravity of the towing vehicle and the trailer. Systematic error influences on the determination of the yaw rates can be minimized in this way.
Aus den bestimmten Gierraten des Zugfahrzeugs und des Anhängers können Richtungen oder absolute Orientierungen beziehungsweise deren Änderungen bestimmt werden. Aus einem Vergleich beziehungsweise einer Differenz der Richtungen oder der absoluten Orientierung des Zugfahrzeugs und der absoluten Orientierung des Anhängers kann die relative Orientierung des Anhängers zum Zugfahrzeug direkt abgeleitet werden. Hierfür können geometrische Abmessungen des Gespanns, des Zugfahrzeugs und/oder des Anhängers berücksichtigt werden. Directions or absolute orientations or their changes can be determined from the determined yaw rates of the towing vehicle and of the trailer. The relative orientation of the trailer to the towing vehicle can be derived directly from a comparison or a difference in the directions or the absolute orientation of the towing vehicle and the absolute orientation of the trailer. For this, geometric dimensions of the team, the towing vehicle and / or the trailer can be taken into account.
In einer weiteren Ausführungsform weist der Verfahrensschritt des Bestimmens räumlicher Lageinformationen des Zugfahrzeugs und des Anhängers ein Bestimmen von Positionen des Zugfahrzeugs und/oder des Anhängers mit einem Navigationssystem auf. Die Positionen, welche Aufenthaltsorte definieren können, können als Ortsvektoren in einem räumlichen Koordinatensystem beschrieben werden. Zum Bestimmen der Positionen können beispielsweise zumindest eine Komponente eines satellitengestützten Positionierungssystems auf dem Zugfahrzeug und/oder dem Anhänger angeordnet sein. Zum Beispiel können hierfür zumindest eine GNSS-Antenne, beispielsweise eine GPS-Antenne, auf dem Zugfahrzeug und/oder dem Anhänger angeordnet sein. Mittels eines GNSS (globales Navigationssatellitensystem) können so Positionen des Zugfahrzeugs und des Anhängers in naher Echtzeit beispielsweise mittels Differential-GPS unter Berücksichtigung von Referenzdaten bestimmt werden. Derartige Komponenten eines satellitengestützten Positionierungssystems können zumindest teilweise von dem Navigationssystem des Gespanns umfasst sein. Mit einem Navigationssystem können alternativ oder zusätzlich Informationen zu einem Streckenverlauf bereitgestellt werden, wobei das Gespann dem Streckenverlauf oder einer Spur auf diesem folgen kann. In a further embodiment, the method step of determining spatial position information of the towing vehicle and the trailer comprises determining positions of the towing vehicle and / or the trailer using a navigation system. The positions which locations can define can be described as location vectors in a spatial coordinate system. To determine the positions, for example, at least one component of a satellite-based positioning system can be arranged on the towing vehicle and / or the trailer. For example, at least one GNSS antenna, for example one GPS antenna, be arranged on the towing vehicle and / or the trailer. Using a GNSS (global navigation satellite system), positions of the towing vehicle and the trailer can be determined in near real time, for example using differential GPS, taking reference data into account. Such components of a satellite-based positioning system can be at least partially encompassed by the navigation system of the team. Alternatively or additionally, information about a route can be provided with a navigation system, the team being able to follow the route or a track on it.
Aus einer Vielzahl von bestimmten Positionen des Zugfahrzeugs und/oder des Anhängers und/oder dem bereitgestellten Streckenverlauf können ferner absoluten Orientierungen beziehungsweise Änderungen absoluter Orientierungen mittels einer daraus ermittelten Trajektorie bestimmt werden. Aus einem Vergleich beziehungsweise einer Differenz der absoluten Orientierung des Zugfahrzeugs und der absoluten Orientierung des Anhängers kann alternativ oder zusätzlich zum beschrieben Berücksichtigen der absoluten Orientierungen aus den Gierraten die relative Orientierung des Anhängers zum Zugfahrzeug abgeleitet werden. Furthermore, absolute orientations or changes in absolute orientations can be determined from a plurality of specific positions of the towing vehicle and / or the trailer and / or the route provided, by means of a trajectory determined therefrom. From a comparison or a difference between the absolute orientation of the towing vehicle and the absolute orientation of the trailer, the relative orientation of the trailer to the towing vehicle can be derived alternatively or in addition to the described consideration of the absolute orientations from the yaw rates.
Eine weitere Ausführungsform des Verfahrens weist als Verfahrensschritt ein Bestimmen von Raddrehzahldifferenzen an Rädern des Zugfahrzeugs und/oder des Anhängers mit Drehzahlsensoren auf. In dieser Ausführungsform erfolgt das Bestimmen räumlicher Lageinformationen in Abhängigkeit der bestimmten Raddrehzahldifferenzen. Durch Verwenden der Raddrehzahlen des Zugfahrzeugs und/oder des Anhängers können anhand von Differenzdrehzahlen von Rädern einzelner Achsen des Zugfahrzeugs und/oder des Anhängers während einer Kurvenfahrt die relative Orientierung des Anhängers alternativ oder zusätzlich abgeleitet werden. Ferner kann ein sich Ändern der relativen Orientierung des Anhängers fortlaufend während der Fahrt abgeleitet werden. A further embodiment of the method has, as a method step, determining wheel speed differences on wheels of the towing vehicle and / or of the trailer using speed sensors. In this embodiment, spatial position information is determined as a function of the determined wheel speed differences. By using the wheel speeds of the towing vehicle and / or the trailer, the relative orientation of the trailer can alternatively or additionally be derived on the basis of differential speeds of the wheels of individual axles of the towing vehicle and / or the trailer during cornering. Furthermore, a change in the relative orientation of the trailer can be continuously derived while driving.
In einer weiteren Ausführungsform kann das Bestimmen räumlicher Lageinformation des Zugfahrzeugs ein Bestimmen räumlicher Lageinformation des Zugfahrzeugs an einer Hinterachse des Zugfahrzeugs aufweisen. Dies kann vorteilhaft sein, um beispielsweise die Einflüsse einer Schleppkurvenfahrt während der Fahrt des Gespanns beim Ableiten der relativen Orientierung des Anhängers zu berücksichtigen. In einer weiteren Ausführungsform weist der Verfahrensschritt des Ableitens der relativen Orientierung des Anhängers ein Bestimmen eines Winkels zwischen einer Längsachse des Zugfahrzeugs und einer Längsachse des Anhängers auf. Die Orientierung des Zugfahrzeugs zum Anhänger kann durch einen Winkel in der Anhängerkupplung zwischen den Längsachsen des Zugfahrzeugs und des Anhängers ausgedrückt werden. Bei einer Geradeausfahrt und einer nicht ausgelenkten Stellung des Anhängers kann der Winkel Null Grad betragen und bei einer theoretischen, rechtwinkligen Auslenkung des Anhängers zum Zugfahrzeug kann der Winkel 90 Grad betragen. Der Winkel kann dazwischen jeden Winkel zwischen Null und 90 Grad aufweisen. Die relative Ausrichtung beziehungsweise der Winkel kann auch einen Knickwinkel definieren, welcher ein Abknicken der Längsachse des Anhängers zur Längsachse des Zugfahrzeugs an der Anhängerkupplung beschreiben kann. In a further embodiment, the determination of spatial position information of the towing vehicle can include a determination of spatial position information of the towing vehicle on a rear axle of the towing vehicle. This can be advantageous in order to take into account, for example, the influences of a cornering while driving the trailer when deriving the relative orientation of the trailer. In a further embodiment, the method step of deriving the relative orientation of the trailer comprises determining an angle between a longitudinal axis of the towing vehicle and a longitudinal axis of the trailer. The orientation of the towing vehicle to the trailer can be expressed by an angle in the trailer coupling between the longitudinal axes of the towing vehicle and the trailer. When driving straight ahead and when the trailer is not deflected, the angle can be zero degrees and when the trailer is theoretically deflected at right angles to the towing vehicle, the angle can be 90 degrees. The angle between them can have any angle between zero and 90 degrees. The relative orientation or the angle can also define an articulation angle, which can describe a kinking of the longitudinal axis of the trailer to the longitudinal axis of the towing vehicle on the trailer coupling.
In einer weiteren Ausführungsform weist der Verfahrensschritt des Ableitens der relativen Orientierung des Anhängers ein Festlegen und ein Anwenden eines mathematischen Zusammenhangs zwischen der räumlichen Lageinformation und der relativen Orientierung des Anhängers auf. Bei dem mathematischen Zusammenhang kann es sich um einen geometrischen beziehungsweise trigonometrischen Zusammenhang handeln. Aus bestimmten absoluten Orientierungen oder Richtungen des Zugfahrzeugs und des Anhängers kann die relative Orientierungen oder der Winkel zwischen Zugfahrzeug und Anhängers durch Differenzbildung direkt abgeleitet werden. Aus bestimmten Positionen des Zugfahrzeugs und des Anhängers kann die relative Orientierung o- der der Winkel zwischen Zugfahrzeug und Anhänger mittelbar durch zwischengeschaltete Trajektorienberechnungen des Zugfahrzeugs und des Anhängers und jeweilige Tangenten an die Trajektorien des Zugfahrzeugs und des Anhängers berechnet werden. Hierbei kann über eine Differenzbildung zwischen den Tangenten die relative Orientierung des Anhängers abgeleitet werden. Derartige Zusammenhänge können unabhängig von auf das Zugfahrzeug und/oder auf den Anhänger einwirkende Kräfte oder deren Fahrgeschwindigkeiten zum Ableiten der relativen Orientierung des Anhängers angewandt werden. In einer weiteren Ausführungsform weist das Verfahren als zusätzlichen Verfahrensschritt ein Bestimmen einer durch einen Hebel zwischen der Anhängerkupplung und einer Radaufstandsfläche des Zugfahrzeugs resultierenden Kraftdifferenz auf. Die Kraftdifferenz wird bei dieser Ausführungsform aus zwei Kräften gebildet, welche bei der autonomen Fahrt des Gespanns an zwei voneinander beabstandeten Fahrwerkskomponenten des Zugfahrzeugs einwirken. In a further embodiment, the method step of deriving the relative orientation of the trailer comprises establishing and applying a mathematical relationship between the spatial position information and the relative orientation of the trailer. The mathematical relationship can be a geometric or trigonometric relationship. The relative orientations or the angle between the towing vehicle and the trailer can be derived directly from certain absolute orientations or directions of the towing vehicle and the trailer by forming a difference. From certain positions of the towing vehicle and the trailer, the relative orientation or the angle between the towing vehicle and the trailer can be calculated indirectly through intermediate trajectory calculations of the towing vehicle and the trailer and respective tangents to the trajectories of the towing vehicle and the trailer. The relative orientation of the trailer can be derived by forming a difference between the tangents. Such relationships can be used to derive the relative orientation of the trailer, regardless of the forces acting on the towing vehicle and / or the trailer or their driving speeds. In a further embodiment, the method has, as an additional method step, determining a force difference resulting from a lever between the trailer coupling and a wheel contact area of the towing vehicle. In this embodiment, the force difference is formed from two forces which act on two chassis components of the towing vehicle which are spaced apart during the autonomous travel of the team.
Bei einer Kurvenfahrt können sich das Zugfahrzeug und der Anhänger aufgrund von auf diese einwirkender Fliehkräfte zur Kurvenaußenseite neigen und ein entsprechendes Wanken des Zugfahrzeugs und des Anhängers auslösen. Die Fliehkräfte können Zentripetalkraftkomponenten beziehungsweise Zentrifugalkraftkomponenten aufweisen. Aus einem derartigen Wankverhalten kann ein Wankmoment auf dem Zugfahrzeug und dem Anhänger resultieren. When cornering, the towing vehicle and the trailer can tilt towards the outside of the curve due to centrifugal forces acting on them and trigger a corresponding swaying of the towing vehicle and the trailer. The centrifugal forces can have centripetal force components or centrifugal force components. Such a rolling behavior can result in a rolling moment on the towing vehicle and the trailer.
Ein durch das Wankmoment und durch starre Fahrwerkskomponenten gebildeter Hebel kann so physikalisch und örtlich zwischen der Anhängerkupplung und der Radaufstandsfläche auf dem Zugfahrzeug angeordnet sein. Ein derartiger Hebel kann dabei durch im Wesentlichen senkrecht zu einer Längsachse des Zugfahrzeugs ausgebildeter Fahrwerkskomponenten ausgebildet sein. Mit anderen Worten kann ein Hebel starr miteinander verbundene Komponenten des Fahrwerks aufweisen. A lever formed by the rolling moment and by rigid chassis components can thus be physically and locally arranged between the trailer coupling and the wheel contact area on the towing vehicle. Such a lever can be formed by chassis components which are essentially perpendicular to a longitudinal axis of the towing vehicle. In other words, a lever can have rigidly connected components of the chassis.
Der Hebel zwischen der Anhängerkupplung und der Radaufstandsfläche kann einen Drehpunkt und einen Hebelarm aufweisen. Der Drehpunkt des Hebels kann an der Anhängerkupplung beziehungsweise an einem Punkt entlang der Längsachse des Zugfahrzeugs ausgebildet sein. Der Hebelarm des Hebels kann ein Kraftarm oder ein Lastarm sein. Der Hebelarm kann sich seitlich neben der Anhängerkupplung beziehungsweise im Wesentlichen senkrecht zur Fahrzeuglängsachse bis hin zur Radaufstandsfläche erstrecken. Somit kann der Hebelarm um die Anhängerkupplung beziehungsweise um einen Punkt entlang der Fahrzeuglängsachse drehbar beziehungsweise schwenkbar sein. Ein entsprechendes Drehmoment in Bezug auf den Drehpunkt kann auf dem beschriebenen Wankmoment basieren. Seitlich neben der Anhängerkupplung beziehungsweise der Fahrzeuglängsachse können sich in entsprechender Weise auch zwei Hebelarme wippenartig erstrecken, wobei beide Hebelarme auf demselben Drehmo- ment beziehungsweise Wankmoment in der Anhängerkupplung beruhen. Ein derartiger Hebel mit zwei Hebelarmen kann von einer Radachse als starre Fahrwerkskomponente, beispielsweise der Hinterradachse des Zugfahrzeugs, während einer Kurvenfahrt gebildet werden. The lever between the trailer coupling and the wheel contact surface can have a pivot point and a lever arm. The fulcrum of the lever can be formed on the trailer coupling or at a point along the longitudinal axis of the towing vehicle. The lever arm of the lever can be a power arm or a load arm. The lever arm can extend laterally next to the trailer coupling or essentially perpendicular to the longitudinal axis of the vehicle up to the wheel contact area. The lever arm can thus be rotatable or pivotable about the trailer coupling or about a point along the longitudinal axis of the vehicle. A corresponding torque in relation to the pivot point can be based on the rolling moment described. Laterally next to the trailer coupling or the vehicle's longitudinal axis, two lever arms can also extend in a rocker-like manner, with both lever arms on the same torque ment or rolling moment in the trailer coupling. Such a lever with two lever arms can be formed by a wheel axle as a rigid chassis component, for example the rear wheel axle of the towing vehicle, when cornering.
Die Kraftdifferenz, welche aus den zwei an beabstandeten Fahrwerkskomponenten einwirkenden Kräften gebildet wird, kann somit auch als Differenz zweier Hebelkräfte beschrieben werden, welche durch ein Wankmoment in einer Kurvenfahrt auf das Fahrwerk des Zugfahrzeugs an dessen kurveninneren und kurvenäußeren Seite einwirken. Die beiden Kräfte können dabei beidseitig der Anhängerkupplung beziehungsweise der Fahrzeuglängsachse auf Fahrwerkskomponenten einwirken, wobei die Kräfte rechts und links der Anhängerkupplung beziehungsweise der Fahrzeuglängsachse in unterschiedlichen Kraftwirkungsrichtungen angreifen können. Die Kraftwirkungsrichtungen können dabei im Wesentlichen entgegengesetzte Richtungen aufweisen. The difference in force, which is formed from the two forces acting on spaced chassis components, can thus also be described as the difference between two lever forces, which act on the chassis of the towing vehicle on the inside and outside of the curve due to a roll moment during cornering. The two forces can act on both sides of the trailer coupling or the vehicle's longitudinal axis on chassis components, the forces to the right and left of the trailer coupling or the vehicle's longitudinal axis acting in different directions of force action. The force action directions can have essentially opposite directions.
Das Fahrwerk des Zugfahrzeugs, auf welches die Kräfte einwirken können, kann alle Fahrzeugkomponenten umfassen, welche einer Verbindung eines Fahrgestells des Zugfahrzeugs über die Räder zur Fahrbahn dienen können. Die Räder können hierbei die Fahrbahn an der Radaufstandsfläche berühren. Da die Reifen die Fahrbahn berühren kann die Radaufstandsfläche auch als Reifenaufstandsfläche beschrieben werden. Fahrwerkskomponenten können somit beispielsweise Räder, Radträger, Radlager, Bremsen, Radaufhängungen, Fahrschemel, Federn, Stabilisatoren, Dämpfer und Komponenten der Lenkung sein. The chassis of the towing vehicle, on which the forces can act, can comprise all vehicle components which can serve to connect a chassis of the towing vehicle to the roadway via the wheels. The wheels can touch the road surface on the wheel contact patch. Since the tires touch the road, the wheel contact patch can also be described as a tire contact patch. Chassis components can thus be, for example, wheels, wheel carriers, wheel bearings, brakes, wheel suspensions, subframes, springs, stabilizers, dampers and components of the steering.
Die Ausführungsform bezüglich des Bestimmens einer durch einen Hebel zwischen der Anhängerkupplung und einer Radaufstandsfläche des Zugfahrzeugs resultierenden Kraftdifferenz weist als weiteren Verfahrensschritt ein Ableiten der relativen Orientierung des Anhängers aus den bestimmten räumlichen Lageinformationen und der bestimmten Kraftdifferenz auf. The embodiment relating to the determination of a force difference resulting from a lever between the trailer coupling and a wheel contact surface of the towing vehicle has, as a further method step, a derivation of the relative orientation of the trailer from the determined spatial position information and the determined force difference.
Das Ableiten der relativen Orientierung kann daher zusätzlich ein Modellieren eines mathematischen Zusammenhangs zwischen den beschriebenen Krafteinwirkungen auf das Zugfahrzeug und der Anhängerorientierung aufweisen. Hierbei können Eigenschaften des Anhängers und/oder des Zugfahrzeugs zum Kalibrieren des Rechenmodells während der Fahrt oder bereits vor der Fahrt bestimmt und verwendet werden. Derartige Eigenschaften können jeweilige Fahrdynamikparameter, Abmessungen, Abstände und/oder Gewichte des Zugfahrzeugs und/oder des Anhängers umfassen. Der mathematische Zusammenhang zwischen den räumlichen Orientierungen und der Anhängerorientierung kann gemeinsam mit dem mathematischen Zusammenhangs zwischen den Krafteinwirkungen auf das Zugfahrzeug und der Anhängerorientierung verwendet werden, um die relative Orientierung des Anhängers zuverlässig und genauer abzuleiten. Deriving the relative orientation can therefore additionally involve modeling a mathematical relationship between the described effects of force on the towing vehicle and the trailer orientation. Here properties of the trailer and / or the towing vehicle can be determined and used for calibrating the computing model while driving or even before driving. Such properties can include respective driving dynamics parameters, dimensions, distances and / or weights of the towing vehicle and / or the trailer. The mathematical relationship between the spatial orientations and the trailer orientation can be used together with the mathematical relationship between the forces acting on the towing vehicle and the trailer orientation in order to reliably and more accurately derive the relative orientation of the trailer.
Ein vorteilhafter Effekt des gemeinsamen Bestimmens räumlicher Lageinformation, vor allem des Bestimmens von Gierraten des Zugfahrzeugs und/oder des Anhängers, zusammen mit dem Bestimmen einer Kraftdifferenz auf dem Zugfahrzeug kann darin gesehen werden, dass so auf das Zugfahrzeug und dessen Fahrwerk einwirkende Kraftkomponenten der Zentripetalkraft beziehungsweise Zentrifugalkraft, welche die an den zwei voneinander beabstandeten Fahrwerkskomponenten des Zugfahrzeugs einwirkenden Kräfte verfälschen oder systematisch verändern können, beim Bestimmen der Kraftdifferenz kompensiert werden können. Mit anderen Worten kann die bestimmte räumliche Lageinformation, vor allem bestimmte Gierraten, zum Korrigieren von Kraftmessungen verwendet werden. Ein Kompensieren derart auf das Zugfahrzeug aufgrund fahrdynamischer Effekt einwirkender Kraftkomponenten kann ein Beseitigen oder Herausrechnen dieser Kraftkomponenten aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann auch die Fahrgeschwindigkeit als Fahrdynamikparameter berücksichtigt werden um entsprechende auf das Zugfahrzeug und dessen Fahrwerk einwirkende Kraftkomponenten oder Messfehler zu kompensieren. An advantageous effect of jointly determining spatial position information, above all determining yaw rates of the towing vehicle and / or the trailer, together with determining a force difference on the towing vehicle, can be seen in the fact that force components of the centripetal force or, respectively, acting on the towing vehicle and its chassis Centrifugal force, which can falsify or systematically change the forces acting on the two spaced-apart chassis components of the towing vehicle, can be compensated for when determining the force difference. In other words, the specific spatial position information, especially certain yaw rates, can be used to correct force measurements. Compensating force components acting on the towing vehicle due to the driving dynamics effect can include eliminating or calculating these force components. As an alternative or in addition, the driving speed can also be taken into account as a driving dynamics parameter in order to compensate for corresponding force components or measuring errors acting on the towing vehicle and its chassis.
In einer Ausführungsform weist der Verfahrensschritt des Ableitens der relativen Orientierung des Anhängers ein direktes Messen der zwei an den voneinander beabstandeten Fahrwerkskomponenten des Zugfahrzeugs einwirkenden Kräften auf. Hierfür können Kraftmesser beziehungsweise Kraftaufnehmer an den Fahrwerkskomponenten angeordnet sein. Ein Kraftmessen kann ein Messen von auf die Fahrwerkskomponenten einwirkender Zugkräfte und/oder Druckkräfte aufweisen. Beispielsweise kann an im Fahrwerk des Zugfahrzeugs angeordneten Blattfedern mittels Dehnungsmessstreifen (DMS) dehnende und stauchende Verformungen an den Blattfedern bestimmt werden und daraus die auf diese einwirkenden Kräfte bestimmt werden. Durch das Wankmo- ment ausgelöste Hebelkräfte können so in vorteilhafter Weise an Fahrwerkskomponenten direkt bestimmt werden. In one embodiment, the method step of deriving the relative orientation of the trailer has a direct measurement of the two forces acting on the spaced-apart chassis components of the towing vehicle. For this purpose, dynamometers or force transducers can be arranged on the chassis components. Force measurement can include measuring tensile forces and / or compressive forces acting on the chassis components. For example, on leaf springs arranged in the chassis of the towing vehicle, stretching and compressive deformations on the leaf springs can be determined by means of strain gauges and the forces acting on these are determined from this. Leverage forces triggered by the roll moment can thus advantageously be determined directly on chassis components.
In einer weiteren Ausführungsform weist der Verfahrensschritt des Ableitens der relativen Orientierung des Anhängers ein Ermitteln einer aus der Kraftdifferenz resultierenden Druckdifferenz und ein Ableiten der relativen Orientierung des Anhängers aus den bestimmten räumlichen Lageinformationen und der ermittelten Druckdifferenz auf. Aus den an den voneinander beabstandeten Fahrwerkskomponenten des Zugfahrzeugs einwirkenden Kräften können an jeweiligen Flächen der Fahrwerkskomponenten vorhandene Drücke ermittelt werden. Die Flächen können an oder in den zwei voneinander beabstandeten Fahrwerkskomponenten angeordnet sein. Die Druckdifferenz kann dann aus einer Differenz der beiden so ermittelten Drücke berechnet werden. Die Druckdifferenz kann ferner auf einer Druckänderung basieren. In a further embodiment, the method step of deriving the relative orientation of the trailer comprises determining a pressure difference resulting from the force difference and deriving the relative orientation of the trailer from the determined spatial position information and the determined pressure difference. From the forces acting on the spaced-apart chassis components of the towing vehicle, pressures present on respective surfaces of the chassis components can be determined. The surfaces can be arranged on or in the two spaced-apart chassis components. The pressure difference can then be calculated from a difference between the two pressures thus determined. The pressure difference can also be based on a change in pressure.
In einer weiteren Ausführungsform weist der Verfahrensschritt des Ableitens der relativen Orientierung des Anhängers ein direktes Messen von zwei in den voneinander beabstandeten Fahrwerkskomponenten des Zugfahrzeugs vorhandenen Drücke auf. Hierfür können Druckmesser in oder an den Fahrwerkskomponenten angeordnet sein. Ein Vorteil von derartigen Druckmessungen besteht darin, dass hierfür bereits in Fahrwerkskomponenten vorhandene Druckmesser zum Bestimmen von Hebelkräften verwendet werden können. In a further embodiment, the method step of deriving the relative orientation of the trailer has a direct measurement of two pressures present in the chassis components of the towing vehicle which are spaced apart from one another. For this purpose, pressure gauges can be arranged in or on the chassis components. One advantage of such pressure measurements is that pressure gauges already present in chassis components can be used to determine lever forces.
In einer weiteren Ausführungsformen sind die zwei voneinander beabstandeten Fahrwerkskomponenten Dämpfer des Zugfahrzeugs. Die Dämpfer können mechanische Dämpfer oder Federn aufweisen. Alternativ oder zusätzlich können die Dämpfer hydro- pneumatische Federungen aufweisen. Bei den Dämpfern kann es sich um Stoßdämpfer des Zugfahrzeugs handeln. In a further embodiment, the two spaced-apart chassis components are dampers of the towing vehicle. The dampers can have mechanical dampers or springs. Alternatively or additionally, the dampers can have hydro-pneumatic suspensions. The dampers can be shock absorbers of the towing vehicle.
Die Dämpfer können ölgefederter Dämpfer aufweisen, bei welchen es sich um passiv ölgefederte Dämpfer oder um aktiv beziehungsweise elektronisch ölgefederte Dämpfer handeln kann. Bei derartigen Dämpfern können Öldrücke gemessen werden, woraus entsprechende Kräfte, welche die Öldrücke in den Dämpfern bewirken, abgeleitet wer- den können. Ein derartiges Heranziehen von Öldrücken hat den Vorteil, dass ein fortlaufendes Messen von Öldrücken in elektronisch geregelten Dämpfersystemen von Zugfahrzeugen zum Ableiten der relativen Orientierung des Anhängers verwendet werden kann. The dampers can have oil-sprung dampers, which can be passive oil-sprung dampers or actively or electronically oil-sprung dampers. With such dampers, oil pressures can be measured, from which corresponding forces which cause the oil pressures in the dampers are derived. that can. Using oil pressures in this way has the advantage that continuous measurement of oil pressures in electronically controlled damper systems of towing vehicles can be used to derive the relative orientation of the trailer.
Alternativ oder zusätzliche können die Dämpfer Druckluftdämpfer, Luftfederdämpfer oder hydropneumatische Dämpfer zum Dämpfen von Schwingungen des Fahrzeugfahrwerks aufweisen. Derartige Dämpfer können zum Regulieren eines Fahrzeugniveaus vorgesehen sein, womit das Fahrzeugniveau des Zugfahrzeugs angehoben und abgesenkt werden kann. Das Fahrzeugniveau des Zugfahrzeugs kann so an das Niveau des Anhängers angepasst werden. Druckluftdämpfer oder hydropneumatische Dämpfer können Komponenten eines Luftfahrwerks des Zugfahrzeugs sein, welches auch für Fahrstabilität und Fahrkomfort während der Fahrt sorgen kann. Bei derartigen Dämpfern können Luftdrücke und/oder Öldrücke gemessen werden, woraus entsprechende Kräfte, welche Fluiddrücke in den Dämpfern bewirken, abgeleitet werden können. Alternatively or additionally, the dampers can have compressed air dampers, air spring dampers or hydropneumatic dampers for damping vibrations of the vehicle chassis. Such dampers can be provided for regulating a vehicle level, with which the vehicle level of the towing vehicle can be raised and lowered. The vehicle level of the towing vehicle can thus be adapted to the level of the trailer. Compressed air dampers or hydropneumatic dampers can be components of an air suspension of the towing vehicle, which can also ensure driving stability and driving comfort while driving. With such dampers, air pressures and / or oil pressures can be measured, from which corresponding forces which cause fluid pressures in the dampers can be derived.
Bei den Dämpfern kann es sich ferner um magnetorheologische Dämpfer handeln. An derartigen Dämpfern kann ein Steuerstrom anliegen, welcher durch Spulen der Dämpfer fließen kann. Der Steuerstrom kann die Viskosität eines magnetorheologischen Dämpfermediums ändern. Der Steuerstrom kann daher zusätzlich zum Bestimmen von Drücken beziehungsweise zum Ableiten von Dämpferkräften verwendet werden. The dampers can also be magnetorheological dampers. A control current which can flow through coils of the dampers can be applied to such dampers. The control current can change the viscosity of a magnetorheological damper medium. The control current can therefore also be used to determine pressures or to derive damper forces.
In den Ausführungsformen, in welcher die Fahrwerkskomponenten Dämpfer sind, weist das Ermitteln der aus der bestimmten Kraftdifferenz resultierenden Druckdifferenz ein Erfassen von zwei Fluiddrücken in den zwei voneinander beabstandeten Dämpfern auf. Bei den Fluiddrücken kann es sich um jeweilige Luftrücke und/oder um Öldrücke in den Dämpfern handeln. Das während einer Kurvenfahrt entstehende Wankmoment beziehungsweise Drehmoment kann sich auf die beschriebenen Drücke auswirken. Dabei können sich Drücke aufgrund des Hebels und den in den Dämpfern wirkenden Hebelkräften verringern oder vergrößern. An Dämpfern derart erzeugte vertikale Kräfte können in einem direkten physikalischen Zusammenhang mit dem an der Anhängerkupplung vorhandenen Wankmoment beziehungsweise Drehmoment und/oder einer dort einwirkenden Kraft stehen. Die relative Anhängerorientierung kann daher zusätzlich im Wesentlichen unmittelbar aus den beschriebenen Kräften abgeleitet werden. In the embodiments in which the chassis components are dampers, determining the pressure difference resulting from the determined force difference comprises detecting two fluid pressures in the two spaced apart dampers. The fluid pressures can be respective air pressures and / or oil pressures in the dampers. The rolling moment or torque that arises during cornering can affect the pressures described. Pressures can decrease or increase due to the lever and the lever forces acting in the dampers. Vertical forces generated in this way on dampers can be in a direct physical connection with the roll moment or torque present at the trailer coupling and / or one there acting force. The relative trailer orientation can therefore essentially be derived directly from the forces described.
Ein Dämpfer, welcher an einer dem Kurveninneren zugewandten Seite des Fahrwerks angeordnet ist, kann aufgrund einer vertikal nach oben gerichteten Hebelkraftkomponente zusätzlich entlastet werden, wodurch der Druck in einem solchen inneren Dämpfer verringert sein kann. Ein Dämpfer, welcher an einer dem Kurvenäußeren zugewandten Seite des Fahrwerks angeordnet ist, kann dagegen aufgrund einer vertikal nach unten gerichteten Hebelkraftkomponente zusätzlich belastet werden, wodurch der Druck in einem solchen inneren Dämpfer vergrößert sein kann. Der so verringerte beziehungsweise vergrößerte Druck in den Dämpfern kann sich auf einen während einer Geradeausfahrt oder einem Fahrzeugstillstand vorherrschenden Referenzdruck in den Dämpfern beziehen, welcher in den Dämpfern auf beiden Seiten des Fahrwerks im Wesentlichen gleich sein kann. Bei einer Geradeausfahrt kann zudem eine orthogonal zum Fahrwerk ausgerichtete Zugkraft an der Anhängerkupplung einwirken. A damper, which is arranged on a side of the chassis facing the inside of the curve, can be additionally relieved due to a vertically upward lever force component, as a result of which the pressure in such an inner damper can be reduced. A damper, which is arranged on a side of the chassis facing the outside of the bend, on the other hand, can be additionally loaded due to a vertically downward lever force component, which can increase the pressure in such an inner damper. The pressure in the dampers thus reduced or increased can relate to a reference pressure prevailing in the dampers during straight travel or a vehicle standstill, which reference pressure can be substantially the same in the dampers on both sides of the chassis. When driving straight ahead, a tractive force orthogonal to the chassis can also act on the trailer coupling.
Das Ableiten der relativen Orientierung des Anhängers kann somit auf einem Vergleichen von Drücken in bezüglich einer Längsachse des Zugfahrzeugs gegenüberliegenden Dämpfern, das heißt in zumindest einem rechten und linken Dämpfer, beruhen.The derivation of the relative orientation of the trailer can thus be based on a comparison of pressures in dampers opposite one another with respect to a longitudinal axis of the towing vehicle, that is to say in at least one right and left damper.
Eine aus einem derartigen Vergleich resultierende Druckdifferenz kann somit ein Maß für eine aktuelle relative Orientierung des Anhängers während einer Kurvenfahrt sein. Das Maß kann einen proportionalen mathematischen Zusammenhang aufweisen. A pressure difference resulting from such a comparison can thus be a measure of a current relative orientation of the trailer during cornering. The measure can have a proportional mathematical relationship.
In einer weiteren Ausführungsform sind die zwei voneinander beabstandeten Fahrwerkskomponenten Räder des Zugfahrzeugs. Die Räder können an einer Radachse des Zugfahrzeugs angeordnet sein, wobei es sich um ein rechtes und ein linkes Rad handeln kann. Die Räder können zusätzlich oder alternativ zu den Dämpfern als Fahrwerkskomponenten herangezogen werden, wobei auch an ihnen einwirkende Kräfte beziehungsweise Drücke überwacht werden können. In a further embodiment, the two spaced-apart chassis components are wheels of the towing vehicle. The wheels can be arranged on a wheel axle of the towing vehicle, which can be a right and a left wheel. In addition or as an alternative to the dampers, the wheels can be used as chassis components, and forces or pressures acting on them can also be monitored.
In der Ausführungsform, in welcher die Fahrwerkskomponenten Räder sind, weist das Ermitteln der aus der bestimmten Kraftdifferenz resultierenden Druckdifferenz ein Erfassen von zwei Luftdrücken in den zwei voneinander beabstandeten Rädern auf. Bei den Luftdrücken kann es sich um Reifendrücke in Reifen der Räder handeln. Das während einer Kurvenfahrt entstehende Wankmoment beziehungsweise Drehmoment kann sich in analoger Weise zu den Drücken in Dämpfern auch auf Luftdrücke in Rädern auswirken. In the embodiment in which the chassis components are wheels, the determination of the pressure difference resulting from the determined force difference has a detection of two air pressures in the two spaced-apart wheels. at The air pressures can be tire pressures in tires of the wheels. The rolling moment or torque that arises during cornering can have an analogous effect on the pressures in dampers on air pressures in wheels.
Ein Rad beziehungsweise Reifen, welcher an einer dem Kurveninneren zugewandten Seite des Fahrwerks angeordnet ist, kann aufgrund der vertikal nach oben gerichteten Hebelkraftkomponente entlastet werden, wodurch der Reifendruck in einem solchen inneren Reifen verringert sein kann. Ein Rad beziehungsweise Reifen, welcher an einer dem Kurvenäußeren zugewandten Seite des Fahrwerks angeordnet ist, kann dagegen aufgrund der vertikal nach unten gerichteten Hebelkraftkomponente belastet werden, wodurch der Reifendruck in einem solchen inneren Reifen vergrößert sein kann. Die von dem Hebel und dem Wankmoment ausgelösten Hebelkraftkomponenten können vertikal auf die Reifenaufstandsflächen einwirkende Kraftkomponenten darstellen. Der so verringerte beziehungsweise vergrößerte Reifendruck in den Reifen kann sich auf einen während einer Geradeausfahrt oder einem Fahrzeugstillstand vorherrschenden Referenzdruck in den Reifen beziehen, welcher auf beiden Seiten des Fahrwerks im Wesentlichen gleich sein kann oder vor einer Fahrt gemessen werden kann. Die Hebelkraftkomponenten können auch als vertikale Zug- oder Druckkraftkomponenten auf das Fahrwerk beziehungsweise auf die Reifen und deren Aufstandsflächen beschrieben werden. A wheel or tire, which is arranged on a side of the chassis facing the inside of the curve, can be relieved due to the vertically upward lever force component, as a result of which the tire pressure in such an inner tire can be reduced. A wheel or tire, which is arranged on a side of the undercarriage facing the outside of the curve, on the other hand can be loaded due to the vertically downward lever force component, as a result of which the tire pressure in such an inner tire can be increased. The lever force components triggered by the lever and the rolling moment can represent force components acting vertically on the tire contact patches. The tire pressure in the tires reduced or increased in this way can relate to a reference pressure in the tires which prevails during straight travel or a vehicle standstill, which reference pressure can be substantially the same on both sides of the chassis or can be measured before a journey. The leverage components can also be described as vertical tensile or compressive force components on the chassis or on the tires and their contact surfaces.
Das Ableiten der relativen Orientierung des Anhängers kann somit alternativ oder zusätzlich zu dem Vergleichen von Drücken in gegenüberliegenden Dämpfern auf einem zusätzlichen Vergleichen von Reifendrücken beruhen. Eine aus einem derartigen Vergleich resultierende Reifendruckdifferenz kann somit auch ein zusätzliches Maß für eine aktuelle relative Orientierung des Anhängers während einer Kurvenfahrt sein. Derart zusätzliche Vergleiche können in vorteilhafter weise eine Steigerung der Zuverlässigkeit und Genauigkeit beim Ableiten der relativen Orientierung des Anhängers in einer Kurvenfahrt bewirken. The derivation of the relative orientation of the trailer can thus, alternatively or in addition to the comparison of pressures in opposing dampers, be based on an additional comparison of tire pressures. A tire pressure difference resulting from such a comparison can thus also be an additional measure for a current relative orientation of the trailer during cornering. Such additional comparisons can advantageously increase the reliability and accuracy when deriving the relative orientation of the trailer when cornering.
In einer weiteren Ausführungsform sind die zwei voneinander beabstandeten Fahrwerkskomponenten des Zugfahrzeugs an einer Hinterachse des Zugfahrzeugs ange- ordnet. An der Hinterachse des Zugfahrzeugs können Druckluftdämpfer zum Regulieren des Fahrzeugniveaus angeordnet sein. Die an den Dämpfern der Hinterachse des Zugfahrzeugs durch das Wankmoment in einer Kurvenfahrt erzeugten vertikalen Kraftkomponenten können in vorteilhafter weise in einem direkten physikalischen Zusammenhang mit dem Drehmoment beziehungsweise einer Kraft in einem von der Anhängerkupplung gebildeten Anhängepunkt stehen. In a further embodiment, the two spaced-apart chassis components of the towing vehicle are attached to a rear axle of the towing vehicle. assigns. Compressed air dampers for regulating the vehicle level can be arranged on the rear axle of the towing vehicle. The vertical force components generated on the dampers of the rear axle of the towing vehicle by the rolling moment when cornering can advantageously have a direct physical connection with the torque or a force in a point of attachment formed by the trailer coupling.
In einer weiteren Ausführungsform weist der Verfahrensschritt des Ableitens der relativen Orientierung des Anhängers ein Festlegen und/oder Anwenden eines mathematischen Zusammenhangs zwischen der bestimmten räumlichen Lageinformation, der bestimmten Kraftdifferenz und der abzuleitenden relativen Orientierung des Anhängers auf. Der mathematische Zusammenhang kann ferner einen Zusammenhang zwischen einer oder mehrerer der ermittelten Druckdifferenz und der abzuleitenden relativen Orientierung des Anhängers aufweisen. Das Festlegen und/oder Anwenden des mathematischen Zusammenhangs kann zudem ein gemeinsames Berücksichtigen von Differenzdrücken in Dämpfern und/oder in Rädern des Zugfahrzeugs aufweisen. Der mathematische Zusammenhang kann ferner Gierraten, Positionen und/oder Raddrehzahlen des Zugfahrzeugs und/oder des Anhängers berücksichtigen. Der mathematische Zusammenhang kann auch einen linearen oder proportionalen Zusammenhang beispielsweise basierend auf dem physikalischen Hebelgesetz aufweisen. In a further embodiment, the method step of deriving the relative orientation of the trailer comprises establishing and / or applying a mathematical relationship between the determined spatial position information, the determined force difference and the relative orientation of the trailer to be derived. The mathematical relationship can furthermore have a relationship between one or more of the determined pressure difference and the relative orientation of the trailer to be derived. The determination and / or application of the mathematical relationship can also include a joint consideration of differential pressures in dampers and / or in wheels of the towing vehicle. The mathematical relationship can also take into account yaw rates, positions and / or wheel speeds of the towing vehicle and / or the trailer. The mathematical relationship can also have a linear or proportional relationship, for example based on the physical lever law.
Einer der beschriebenen mathematischen Zusammenhänge kann Methoden der Messdatenfusionierung, Parameterschätzung und/oder Ausgleichungsrechnung aufweisen, um die relative Orientierung des Anhängers in einem überbestimmten Gleichungssystem abzuleiten. Auch ein Filterungsansatz, beispielsweise ein Kalman-Filter, kann angewendet werden, um den mathematischen Zusammenhang zu unterstützen oder um diesen herzustellen. Jedes dieser Redundanzkonzepte hat den Vorteil, dass die relative Orientierung des Anhängers genauer und zuverlässiger bestimmt werden kann. Die einzelnen Rechengrößen können hierbei einzeln, redundant oder in beliebiger Kombination in ein gemeinsames Rechenmodell zum Ableiten der relativen Orientierung des Anhängers einfließen. Ein derartiges Rechenmodell hat den Vorteil, dass systematische Fehlereinflüsse auf die relative Orientierung genauer und zuverlässiger berücksichtigt werden können. Der rechnerische Zusammenhang kann daher auch ein Schätzen der relativen Orientierung des Anhängers oder eines Knickwinkels zwischen Zugfahrzeug und Anhänger aufweisen. One of the mathematical relationships described can include methods of data fusion, parameter estimation and / or compensation calculation in order to derive the relative orientation of the trailer in an overdetermined system of equations. A filtering approach, for example a Kalman filter, can also be used to support or to establish the mathematical connection. Each of these redundancy concepts has the advantage that the relative orientation of the trailer can be determined more precisely and reliably. The individual calculation variables can flow individually, redundantly or in any combination into a common calculation model to derive the relative orientation of the trailer. Such a calculation model has the advantage that systematic error influences on the relative orientation can be taken into account more precisely and reliably. The mathematical relationship can therefore also be an estimate of the have relative orientation of the trailer or an articulation angle between the towing vehicle and trailer.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich ferner auf eine Steuereinrichtung zum Bestimmen einer relativen Orientierung eines Anhängers zu einem Zugfahrzeug, wobei der Anhänger und das Zugfahrzeug ein autonom fahrbares Gespann bilden und wobei die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, die Verfahrensschritte gemäß einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen durchzuführen. Die Steuereinrichtung weist einen Signaleingang zum Empfangen eines Signals zum Bestimmen räumlicher Lageinformationen des Zugfahrzeugs und des Anhängers und einen Signalausgang zum Ausgeben eines Signals zum Ableiten der relativen Orientierung des Anhängers aus den bestimmten räumlichen Lageinformationen auf. The present invention further relates to a control device for determining a relative orientation of a trailer to a towing vehicle, the trailer and the towing vehicle forming an autonomously drivable combination and the control device being set up to carry out the method steps according to one of the previously described embodiments. The control device has a signal input for receiving a signal for determining spatial position information of the towing vehicle and the trailer and a signal output for outputting a signal for deriving the relative orientation of the trailer from the determined spatial position information.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich ferner auf ein autonomes Zugfahrzeug, an welches ein Anhänger über eine Anhängerkupplung anhängbar ist. Das Zugfahrzeug weist die beschriebene Steuereinrichtung auf. Das autonome Zugfahrzeug kann fahrerlos betrieben werden. The present invention further relates to an autonomous towing vehicle to which a trailer can be attached via a trailer coupling. The towing vehicle has the control device described. The autonomous towing vehicle can be operated without a driver.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Figur 1 zeigt ein autonomes Zugfahrzeug mit einer Steuereinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung und einen am Zugfahrzeug angehängten Anhänger. Figure 1 shows an autonomous towing vehicle with a control device according to an embodiment of the invention and a trailer attached to the towing vehicle.
Figur 2 zeigt das autonome Zugfahrzeug gemäß Figur 1 ohne den in Figur 1 gezeigten Anhänger. FIG. 2 shows the autonomous towing vehicle according to FIG. 1 without the trailer shown in FIG. 1.
Figur 3 zeigt ein Ablaufdiagramm von Verfahrensschritten zum Ausführen des FIG. 3 shows a flow diagram of method steps for executing the
Verfahrens zum Bestimmen einer relativen Orientierung eines Anhängers zu einem Zugfahrzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.  Method for determining a relative orientation of a trailer to a towing vehicle according to an embodiment of the invention.
In Figur 1 ist in einer Draufsicht ein autonomer Sattelzug 5 als autonom fahrbares Gespann bei einer autonomen Fahrt entlang einer Straße 6 gezeigt. Der autonom fahrende Sattelzug 5 umfasst eine autonom fahrbare Sattelzugmaschine 2 als Zugfahrzeug und einen autonom betreibbaren Sattelauflieger 4 als Anhänger. In Figur 2 ist der Sattelzug 5 aus Übersichtlichkeitsgründen ohne den Sattelauflieger 4 gezeigt. FIG. 1 shows a top view of an autonomous semitrailer 5 as an autonomously drivable team during an autonomous journey along a street 6. The autonomous driver Tractor unit 5 comprises an autonomously drivable tractor unit 2 as a tractor vehicle and an autonomously operable semitrailer 4 as a trailer. In FIG. 2, the semitrailer 5 is shown without the semitrailer 4 for reasons of clarity.
Die Sattelzugmaschine 2 ist mittels einer Sattelkupplung 3 mit dem Sattelauflieger 4 derart gekuppelt, dass der Sattelauflieger 4 relativ zur Sattelzugmaschine 2 um die Sattelkupplung 3, das heißt um einen Königszapfen 7 der Sattelkupplung 3, drehbar ist. Die Sattelkupplung 3 weist den am Sattelauflieger 4 angeordneten Königszapfen 7 und eine in Figur 2 gezeigte und an der Sattelzugmaschine 2 angeordnete Sattelplatte 8 auf. Der Königszapfen 7 greift in einem gekuppelten Zustand der Sattelkupplung 3 in die Sattelplatte 8 ein und wird in ihr verriegelt. The tractor unit 2 is coupled to the semitrailer 4 by means of a fifth wheel 3 such that the semitrailer 4 can be rotated relative to the tractor unit 2 about the fifth wheel 3, that is to say about a kingpin 7 of the fifth wheel 3. The fifth wheel coupling 3 has the king pin 7 arranged on the semi-trailer 4 and a fifth wheel plate 8 shown in FIG. 2 and arranged on the tractor unit 2. The king pin 7 engages in a coupled state of the fifth wheel coupling 3 in the fifth wheel plate 8 and is locked in it.
Während der autonomen Fahrt des Sattelzugs 5 entlang der Straße 6 durchfährt der Sattelzug 5 eine Kurve 9. In dieser Kurvenfahrt verdreht sich der Sattelauflieger 4 relativ zur Sattelzugmaschine 2 um die Sattelkupplung 3. Dabei ist die relative Orientierung des Sattelaufliegers 4 zur Sattelzugmaschine 2 durch einen Winkel 43 gezeigt, welcher in der Sattelkupplung 3 zwischen einer Längsachse 42 der Sattelzugmaschine 2 und einer Längsachse 44 des Sattelaufliegers 4 gebildet wird. During the autonomous travel of the semitrailer 5 along the road 6, the semitrailer 5 traverses a curve 9. In this curve, the semitrailer 4 rotates relative to the tractor unit 2 about the fifth wheel coupling 3. The relative orientation of the semitrailer 4 to the tractor unit 2 is through an angle 43, which is formed in the fifth wheel coupling 3 between a longitudinal axis 42 of the tractor unit 2 and a longitudinal axis 44 of the semi-trailer 4.
Auf der Sattelzugmaschine 2 und auf dem Sattelauflieger 4 sind ferner jeweils ein Gierratensensor 12, 14 und eine GPS-Antenne 22, 24 angeordnet. Die Lage des Gierratensensors 12 und der GPS-Antenne 22 auf der Sattelzugmaschine 2 ist in einem Fahrzeugkoordinatensystem 52 der Sattelzugmaschine 2 festgelegt. Die Lage des Gierratensensors 14 und der GPS-Antenne 24 auf dem Sattelauflieger 4 ist in einem weiteren Fahrzeugkoordinatensystem 54 des Sattelaufliegers 4 festgelegt. Ferner ist die Lage der Längsachse 42 der Sattelzugmaschine 2 im Fahrzeugkoordinatensystem 52 der Sattelzugmaschine 2 und die Lage der Längsachse 44 des Sattelaufliegers 4 im Fahrzeugkoordinatensystem 54 des Sattelaufliegers 4 festgelegt. A yaw rate sensor 12, 14 and a GPS antenna 22, 24 are also arranged on the tractor unit 2 and on the semi-trailer 4. The position of the yaw rate sensor 12 and the GPS antenna 22 on the tractor unit 2 is defined in a vehicle coordinate system 52 of the tractor unit 2. The position of the yaw rate sensor 14 and the GPS antenna 24 on the semi-trailer 4 is defined in a further vehicle coordinate system 54 of the semi-trailer 4. Furthermore, the position of the longitudinal axis 42 of the tractor unit 2 in the vehicle coordinate system 52 of the tractor unit 2 and the position of the longitudinal axis 44 of the semitrailer 4 in the vehicle coordinate system 54 of the semitrailer 4 is fixed.
Der Winkel 43 wird mittels eines trigonometrischen Zusammenhangs zwischen Gierraten (nicht gezeigt) der Gierratensensoren 12, 14, Positionen (nicht gezeigt) der GPS- Antennen 22, 24 und dem Winkel 43 berechnet. Hierfür werden aus den Gierraten und den Positionen an Aufenthaltsorten des Sattelzugs 5 absolute Orientierungen (nicht ge- zeigt) der Längsachsen 42, 44 beziehungsweise absolute Orientierungen (nicht gezeigt) der Fahrzeugkoordinatensysteme 52, 54 unmittelbar ermittelt. Der trigonometrische Zusammenhang umfasst dann eine Differenz zwischen den ermittelten absoluten Orientierungen, um so den Winkel 43 zu berechnen. The angle 43 is calculated using a trigonometric relationship between yaw rates (not shown) of the yaw rate sensors 12, 14, positions (not shown) of the GPS antennas 22, 24 and the angle 43. For this purpose, 5 absolute orientations (not shows) the longitudinal axes 42, 44 or absolute orientations (not shown) of the vehicle coordinate systems 52, 54 determined directly. The trigonometric relationship then comprises a difference between the determined absolute orientations in order to calculate the angle 43.
In Figur 3 sind Verfahrensschritte S1 , S2, S3 zum Berechnen des in Figur 1 gezeigten Winkels 43 in einer zeitlichen Abfolge gezeigt. Die Verfahrensschritte werden von einer auf der Sattelzugmaschine 2 angeordneten und in den Figuren 1 und 2 gezeigten Steuereinrichtung 50 durchgeführt. FIG. 3 shows method steps S1, S2, S3 for calculating the angle 43 shown in FIG. 1 in a chronological sequence. The method steps are carried out by a control device 50 arranged on the tractor unit 2 and shown in FIGS. 1 and 2.
Der erste von der Steuereinrichtung 50 durchgeführte Verfahrensschritt S1 umfasst eine jeweilige Lagebestimmung der Sattelzugmaschine 2 und des Sattelaufliegers 4. Die Lagebestimmungen weisen die mit Bezug auf Figuren 1 und 2 beschriebenen Orientierungsbestimmungen der Sattelzugmaschine 2 und des Sattelaufliegers 4 auf. In einem ersten Unterschritt S1 a werden hierfür mit den Gierratensensoren 12, 14 Gierraten der Sattelzugmaschine 2 und des Sattelaufliegers 4 an Aufenthaltsorten des Sattelzugs 5 bestimmt. In einem zweiten Unterschritt S1 b werden ferner mit den GPS-Antennen 22, 24 Positionen der Sattelzugmaschine 2 und des Sattelaufliegers 4 an Aufenthaltsorten des Sattelzugs 5 bestimmt. The first method step S1 carried out by the control device 50 comprises a respective position determination of the tractor unit 2 and the semitrailer 4. The position determinations have the orientation determinations of the tractor unit 2 and the semitrailer 4 described with reference to FIGS. 1 and 2. In a first sub-step S1 a, the yaw rate sensors 12, 14 determine yaw rates of the tractor unit 2 and the semi-trailer 4 at locations of the tractor unit 5. In a second sub-step S1 b, the GPS antennas 22, 24 also determine positions of the tractor unit 2 and the semi-trailer 4 at the locations of the tractor unit 5.
Der zweite von der Steuereinrichtung 50 durchgeführte Verfahrensschritt S2 umfasst ein Festlegen des beschriebenen trigonometrischen Zusammenhangs zwischen den in Schritt S1 bestimmten Lageinformationen und dem in Figur 1 gezeigten Winkel 43. The second method step S2 carried out by the control device 50 comprises establishing the described trigonometric relationship between the position information determined in step S1 and the angle 43 shown in FIG. 1.
Der dritte von der Steuereinrichtung 50 durchgeführte Verfahrensschritt S3 umfasst das Anwenden des beschriebenen trigonometrischen Zusammenhangs zwischen den in Schritt S1 bestimmten Lageinformationen und dem in Figur 1 gezeigten Winkel 43 zum Berechnen des Winkels 43. Der so berechnete Winkel 43 beschreibt die während der autonomen Fahrt des Sattelzugs 5 durch die Kurve 9 vorhandene aktuelle relative Orientierung des Sattelaufliegers 4 zur Sattelzugmaschine 2. Bezugszeichen The third method step S3 carried out by the control device 50 comprises using the described trigonometric relationship between the position information determined in step S1 and the angle 43 shown in FIG. 1 for calculating the angle 43. The angle 43 thus calculated describes that during the autonomous travel of the tractor-trailer 5 current relative orientation of the semi-trailer 4 to the tractor unit 2 present through the curve 9. reference numeral
2 Sattelzugmaschine 2 tractor unit
3 Sattelkupplung  3 fifth wheel
4 Sattelauflieger  4 semi-trailers
5 Sattelzug  5 tractor-trailer
6 Straße  6 street
7 Königszapfen  7 kingpins
8 Sattelplatte  8 saddle plate
9 Kurve  9 curve
12 Gierratensensor Sattelzugmaschine  12 Yaw rate sensor tractor unit
14 Gierratensensor Sattelauflieger  14 Yaw rate sensor semitrailer
22 GPS-Antenne Sattelzugmaschine  22 GPS antenna tractor unit
24 GPS-Antenne Sattelauflieger  24 GPS antenna semi-trailer
42 Längsachse Sattelzugmaschine  42 Tractor longitudinal axis
43 Winkel  43 angles
44 Längsachse Sattelauflieger  44 Long axis semi-trailer
50 Steuereinrichtung  50 control device
52 Fahrzeugkoordinatensystem Sattelzugmaschine 52 Vehicle coordinate system tractor unit
54 Fahrzeugkoordinatensystem Sattelauflieger54 Vehicle coordinate system semitrailer
51 Lagebestimmung 51 Orientation
S1a Gierratenbestimmung  S1a yaw rate determination
S1 b Positionsbestimmung  S1 b position determination
52 Zusammenhangsfestlegung  52 Determining the relationship
53 Orientierungsableitung  53 Orientation derivation

Claims

Patentansprüche claims
1 . Verfahren zum Bestimmen einer relativen Orientierung eines Anhängers zu einem Zugfahrzeug, wobei der Anhänger und das Zugfahrzeug ein autonom fahrbares Gespann bilden und wobei das Zugfahrzeug bei einer autonomen Fahrt über eine Anhängerkupplung mit dem Anhänger verbunden ist, mit 1 . Method for determining a relative orientation of a trailer to a towing vehicle, the trailer and the towing vehicle forming an autonomously drivable combination, and the towing vehicle being connected to the trailer during an autonomous journey by means of a trailer coupling
Bestimmen (S1 ) räumlicher Lageinformationen des Zugfahrzeugs und des Anhängers und  Determining (S1) spatial position information of the towing vehicle and the trailer and
Ableiten (S3) der relativen Orientierung des Anhängers aus den bestimmten räumlichen Lageinformationen.  Deriving (S3) the relative orientation of the trailer from the determined spatial position information.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , 2. The method according to claim 1,
wobei das Bestimmen (S1 ) räumlicher Lageinformationen wherein determining (S1) spatial location information
Bestimmen (S1a) von Gierraten des Zugfahrzeugs und/oder des Anhängers mit Gierratensensoren eines Fahrdynamikregelungssystems aufweist.  Determining (S1a) yaw rates of the towing vehicle and / or the trailer with yaw rate sensors of a vehicle dynamics control system.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, 3. The method according to claim 1 or 2,
wobei das Bestimmen (S1 ) räumlicher Lageinformationen wherein determining (S1) spatial location information
Bestimmen (S1 b) von Positionen des Zugfahrzeugs und/oder des Anhängers mit einem Navigationssystem aufweist.  Determining (S1 b) positions of the towing vehicle and / or the trailer with a navigation system.
4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, mit 4. The method according to any one of the preceding claims, with
Bestimmen von Raddrehzahldifferenzen an Rädern des Zugfahrzeugs und/oder des Anhängers mit Drehzahlsensoren,  Determining wheel speed differences on wheels of the towing vehicle and / or the trailer with speed sensors,
wobei das Bestimmen (S1 ) räumlicher Lageinformationen in Abhängigkeit der bestimmten Raddrehzahldifferenzen erfolgt. the spatial position information being determined (S1) as a function of the determined wheel speed differences.
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, 5. The method according to any one of the preceding claims,
wobei das Bestimmen (S1 ) räumlicher Lageinformationen des Zugfahrzeugs wherein determining (S1) spatial position information of the towing vehicle
Bestimmen räumlicher Lageinformation des Zugfahrzeugs an einer Hinterachse des Zugfahrzeugs aufweist. Determine spatial position information of the towing vehicle on a rear axle of the towing vehicle.
6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, 6. The method according to any one of the preceding claims,
wobei das Ableiten (S3) der relativen Orientierung des Anhängers deriving (S3) the relative orientation of the trailer
Bestimmen eines Winkels zwischen einer Längsachse des Zugfahrzeugs und einer Determine an angle between a longitudinal axis of the towing vehicle and one
Längsachse des Anhängers aufweist. Has longitudinal axis of the trailer.
7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, 7. The method according to any one of the preceding claims,
wobei das Ableiten (S3) der relativen Orientierung des Anhängers deriving (S3) the relative orientation of the trailer
Festlegen und Anwenden (S2) eines mathematischen Zusammenhangs zwischen der räumlichen Lageinformation und der relativen Orientierung des Anhängers aufweist.  Establishing and applying (S2) a mathematical relationship between the spatial position information and the relative orientation of the trailer.
8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, mit 8. The method according to any one of the preceding claims, with
Bestimmen einer durch einen Hebel zwischen der Anhängerkupplung und einer Radaufstandsfläche des Zugfahrzeugs resultierenden Kraftdifferenz,  Determining a force difference resulting from a lever between the trailer coupling and a wheel contact surface of the towing vehicle,
wobei die Kraftdifferenz aus zwei Kräften gebildet wird, welche bei der autonomen Fahrt an zwei voneinander beabstandeten Fahrwerkskomponenten des Zugfahrzeugs einwirken, und wherein the force difference is formed from two forces which act during autonomous travel on two spaced apart chassis components of the towing vehicle, and
Ableiten (S3) der relativen Orientierung des Anhängers aus den bestimmten räumlichen Lageinformationen und der bestimmten Kraftdifferenz.  Deriving (S3) the relative orientation of the trailer from the determined spatial position information and the determined force difference.
9. Verfahren nach Anspruch 8, 9. The method according to claim 8,
wobei das Ableiten der relativen Orientierung des Anhängers deriving the relative orientation of the trailer
Ermitteln einer aus der Kraftdifferenz resultierenden Druckdifferenz und  Determining a pressure difference and resulting from the force difference
Ableiten (S3) der relativen Orientierung des Anhängers aus den bestimmten räumlichen Deriving (S3) the relative orientation of the trailer from the determined spatial
Lageinformationen und der ermittelten Druckdifferenz aufweist. Has position information and the determined pressure difference.
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei 10. The method of claim 9, wherein
die zwei voneinander beabstandeten Fahrwerkskomponenten Dämpfer sind und das Ermitteln der Druckdifferenz Erfassen von zwei Fluiddrücken in den zwei voneinander beabstandeten Dämpfern des Zugfahrzeugs aufweist. the two spaced-apart chassis components are dampers and the determination of the pressure difference comprises detecting two fluid pressures in the two spaced-apart dampers of the towing vehicle.
1 1. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei 1 1. The method of claim 9 or 10, wherein
die zwei voneinander beabstandeten Fahrwerkskomponenten Räder sind und das Ermitteln der Druckdifferenz Erfassen von zwei Luftdrücken in den zwei voneinander beabstandeten Rädern des Zugfahrzeugs aufweist. the two spaced-apart chassis components are wheels and the determination of the pressure difference comprises detection of two air pressures in the two spaced-apart wheels of the towing vehicle.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 1 1 , 12. The method according to any one of claims 8 to 1 1,
wobei die zwei voneinander beabstandeten Fahrwerkskomponenten des Zugfahrzeugs an einer Hinterachse des Zugfahrzeugs angeordnet sind. wherein the two spaced-apart chassis components of the towing vehicle are arranged on a rear axle of the towing vehicle.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, 13. The method according to any one of claims 8 to 12,
wobei das Ableiten (S3) der relativen Orientierung des Anhängers deriving (S3) the relative orientation of the trailer
Festlegen und Anwenden eines mathematischen Zusammenhangs zwischen der räumlichen Lageinformation, der bestimmten Kraftdifferenz und der relativen Orientierung des Anhängers aufweist. Establish and apply a mathematical relationship between the spatial position information, the determined force difference and the relative orientation of the trailer.
14. Steuereinrichtung zum Bestimmen einer relativen Orientierung eines Anhängers zu einem Zugfahrzeug, wobei der Anhänger und das Zugfahrzeug ein autonom fahrbares Gespann bilden, 14. Control device for determining a relative orientation of a trailer to a towing vehicle, the trailer and the towing vehicle forming an autonomously drivable team,
wobei die Steuereinrichtung (50) dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche durchzuführen und wherein the control device (50) is set up to carry out a method according to one of the preceding claims and
wobei die Steuereinrichtung (50) the control device (50)
einen Signaleingang zum Empfangen eines Signals zum Bestimmen räumlicher Lageinformationen des Zugfahrzeugs und des Anhängers und a signal input for receiving a signal for determining spatial position information of the towing vehicle and the trailer and
einen Signalausgang zum Ausgeben eines Signals zum Ableiten der relativen Orientierung des Anhängers aus den bestimmten räumlichen Lageinformationen aufweist. has a signal output for outputting a signal for deriving the relative orientation of the trailer from the determined spatial position information.
15. Autonomes Zugfahrzeug, an welches ein Anhänger über eine Anhängerkupplung anhängbar ist, mit einer Steuereinrichtung nach Anspruch 14. 15. Autonomous towing vehicle, to which a trailer can be attached via a trailer coupling, with a control device according to claim 14.
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