Knickwinkels und Verfahren dazu

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Ermittlung eines Knickwinkels zwischen einem Zugfahrzeug und mindestens einem damit gekoppelten Anhänger mit einer Rechnereinrichtung und ein Verfahren dazu.

Bei dem Zugfahrzeug kann es sich um einen Lastkraftwagen, einen Personenkraftwagen, einen Lieferwagen, ein landwirtschaftliches Fahrzeug, wie beispielsweise einen Traktor, oder dergleichen handeln. Von der Erfindung umfasste Anhänger sind beliebig ausgestaltet und mindestens ein Anhänger bildet mit dem Zugfahrzeug einen so genannten Gliederzug.

Radsensoren, auch Raddrehzahlsensoren genannt, haben die Aufgabe, die Drehzahl der Räder von Fahrzeugen zu erfassen und diese Information in Form eines elektrischen Signals an ein Steuergerät des Fahrzeugs zu liefern. Aktuellere Radsensoren erfassen neben der Drehzahl auch die Drehrichtung der Räder. Lenkwinkelsensoren messen den Einschlagwinkel des Lenkrades eines Kraftfahrzeuges oder direkt den Radlenkwinkel der gelenkten Räder, also den Winkel der Räder zur Längsausrichtung des Fahrzeuges. Der den Einschlagwinkel des Lenkrades erfassende Lenkwinkelsensor kann in einer Lenksäule installiert und als Potentiometer, optischer oder magnetischer Sensor ausgebildet sein.

Die Informationen von Radsensoren und Lenkwinkelsensoren werden in Fahrerassistenzsystemen von Kraftfahrzeugen, beispielsweise für die Fahrdynamikregelung und Bremsassistenzsysteme, dem so genannten ESP oder ABS, benötigt.

Die DE 10 2008 020 838 A1 offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Ermittlung eines Knickwinkels zwischen einem ersten Fahrzeugglied und einem zweiten Fahrzeugglied eines gegliederten Fahrzeuges. An jedem Fahrzeugglied ist mindestens eine Antenne angeordnet und der Knickwinkel wird mit Hilfe von Funksignalen ermittelt, die von wenigstens einer der Antennen ausgesendet und von wenigstens einer anderen Antenne empfangen werden.

Im Weiteren zeigt die DE 199 64 045 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung eines Knickwinkels zwischen einem Zugfahrzeug und einem mit dem Zugfahrzeug gekoppelten Anhänger oder Auflieger mittels eines an einem Kupplungsglied des Zugfahrzeugs angebrachten Magnetfeldsensors und eines an einem Kupplungsglied des Anhängers angebrachten Magnetfeldgenerators, wobei eine Auswerteeinheit das Messsignal des Magnetfeldsensors zur Ermittlung des Knickwinkels empfängt.

Darüber hinaus offenbart die DE 10 2010 008 324 A1 eine Kombination aus einem Kraftfahrzeug und einem von dem Kraftfahrzeug unabhängigen mobilen elektronischen Gerät mit einem Prozessor und einer Kamera sowie die Verwendung des Gerätes an oder in einem Kraftfahrzeug als Rangierhilfe oder Fahrerassistenzsystem bei Fahrten mit einem Anhänger. Die Kamera ist von dem Kraftfahrzeug aus auf den Anhänger gerichtet und von der Kamera aufgenommene Bilder des Anhängers werden von dem Prozessor ausgewertet, um eine Lagebeziehung zwischen den Kraftfahrzeug und dem Anhänger zu ermitteln.

Die bekannten Vorrichtungen sind insofern nachteilig, als nicht auf üblicherweise in einem Zugfahrzeug oder Anhänger verbaute Sensoren oder dergleichen zurückgegriffen wird, um den Knickwinkel zu bestimmen. Ferner sind häufig Modifikationen des Zugfahrzeugs und des Anhängers, insbesondere die Installation relativ kostenintensiver und störanfälliger Bauteile, wie Kameras oder Laserscanner, erforderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die auf an dem Zugfahrzeug mindestens einen Anhänger vorhandene Sensorwerte zurückgreift.

Im Weiteren liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung derart weiterzubilden, dass ein Rangieren eines Gliederzugs unter Verwendung relativ kostengünstiger bzw. leicht nachzurüstender Sensoren erleichterbar ist.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die rechner- und sensorgestützte Rekonstruktion des Knickwinkels zwischen einem Zugfahrzeug und mindestens einem Anhänger. Die Anwendbarkeit der Vorrichtung und des Verfahrens erstreckt sich auf alle Gespanntypen, welche sich als kinematische Kette entsprechend der general-n-trailer Taxonomie (siehe bspw. C. Altafini. Some properties of the general n-trailer. International Journal of Control, 74(4):409-424, 2001 ) modellieren lassen. Als Knickwinkel wird der sich im Kupplungspunkt ergebende Winkel zwischen zwei aufeinander folgenden Fahrzeuggliedern, also dem Zugfahrzeug und dem damit gekoppelten Anhänger oder zwischen zwei Anhängern, bezeichnet, dessen Schenkel durch die Längsachsen der Fahrzeugglieder entsprechend eines Einspurmodells gebildet werden. In den nachfolgenden Ausführungen wird der Knickwinkel mit AO bezeichnet. Im Falle von Mehrkörpersystemen mit mehr als zwei Starrkörpern - in der Praxis beispielsweise Drehschemelanhänger und gewisse Gespanne des Typs Eurocombi - ist prinzipiell eine Vermessung aller Knickwinkel entlang der Starrkörperkette möglich, sofern bis zum letzten zu bestimmenden Knickwinkel alle angehängten Fahrzeugglieder mit paarweise verbauten Radsensoren an mindestens einer Achse ausgerüstet sind. Ziel der Vorrichtung ist die Bestimmung des Knickwinkels ohne den nachteiligen Einsatz direkt messender Sensoren. Anhand einer kinematischen Modellierung des Gespanns entsprechend des Einspurmodells und der Parametrisierung des Modells mit den zur Verfügung stehenden Messgrößen kann der Knickwinkel mit hinreichender Genauigkeit ermittelt werden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.

Die Unteransprüche stellen vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung dar.

Eine Vorrichtung zur Ermittlung eines Knickwinkels zwischen einem Zugfahrzeug und mindestens einem damit gekoppelten Anhänger umfasst eine Rechnereinrichtung. Die Rechnereinrichtung empfängt Messsignale eines Lenkwinkelsensors des Zugfahrzeugs und Messsignale von mindestens zwei Anhängerradsensoren, die gegenüberliegenden Rädern einer Achse zugeordnet sind, und erfasst Zeitsignale, die zur Ermittlung von Zeitspannen zwischen den einzelnen Messsignalen des Anhängerradsensors dienen, und wertet die Messsignale und die Zeitsignale zur Ermittlung des Knickwinkels aus.

Bei einem Verfahren zur Ermittlung eines Knickwinkels zwischen einem Zugfahrzeug und einem damit gekoppelten Anhänger werden Messdaten eines Lenkwinkelsensors des Zugfahrzeugs und Messdaten von Anhängerradsensoren, die an gegenüberliegenden Rädern einer Achse angeordnet sind, unter Berücksichtigung der Geometrie des aus dem Zugfahrzeug und dem Anhänger gebildeten Gespanns sowie dem zeitlichen Abstand zwischen den einzelnen Messsignalen der Anhängerradsensoren von einer Rechnereinrichtung ausgewertet.

Sowohl der Lenkwinkelsensor als auch der Anhängerradsensor ist in einem Fahrzeug nach dem Stand der Technik vorhanden, um Messsignale für Fahrerassistenzsysteme, beispielsweise ein ESP des Zugfahrzeugs oder ein ABS des Anhängers, zur Verfügung zu stellen. Die Erfindung greift auf die vorhandenen Messsignale zu, um ein weiteres Fahrerassistenzsystem bereitzustellen, das einem Fahrer das Rangieren eines Gliederzuges erleichtert, wobei dieses Fahrerassistenzsystem auch in einen Pkw zu installieren ist, wenn der Anhänger mit kostengünstigen Anhängerradsensoren ausgestattet ist. Demnach kann auch einen Fahrer eines aus einem Zugfahrzeug und einem Wohnwagen oder Motorbootanhänger oder dergleichen bestehenden Gliederzug insbesondere das Rückwärtsfahren erleichtert werden. Auch für den Fall, dass der Anhänger standardmäßig nicht mit Radsensoren ausgestattet ist, können diese relativ einfach und kostengünstig nachgerüstet sowie für weitere Assistenzsysteme, beispielsweise zur Stabilisierung der Vorwärtsfahrt des Gespanns, verwendet werden. Bei der Rechnereinrichtung kann es sich um ein zugfahrzeugseitiges oder anhängerseitiges Steuergerät oder einen externen Rechner, beispielsweise einen tragbaren Computer, ein Smartphone, einen Tablet- Computer oder dergleichen, handeln. Selbstverständlich umfasst die Rechnereinrichtung auch Speichermodule, um eine Software und/oder Geometriedaten des Gliederzuges und/oder kritische Knickwinkel zu hinterlegen.

Zur Steigerung der Genauigkeit des ermittelten Knickwinkels erfasst die Rechnereinrichtung Zeitsignale zur Verarbeitung, um Zeitspannen zwischen den einzelnen Messsignalen des Anhängerradsensors zu ermitteln. Bei einem bekannten Zeitsignal zwischen zwei Messsignalen des Anhängerradsensors wird die Geschwindigkeit, mit der sich der Gliederzug bewegt, in die Betrachtung des aktuellen Knickwinkels einbezogen. Eine Verrechnung der zeitwertigen Differenzen der Messsignale der beiden Inkrementalwertgeber, also der Radsensoren des Anhängers, ermöglicht die Bestimmung einer Kreisbahn, auf der sich der Anhänger transient bewegt. Das Verhältnis der erfassten Zeiten, die äquivalent zu den Drehinkrementen, respektive den Strecken sind, definiert die Kreisbahn des Anhängers in Abhängigkeit von der bekannten Anhängergeometrie eindeutig. Ist ferner der Radlenkwinkel bekannt, also der Lenkwinkel des Zugfahrzeugs, und somit die Kreisbahn des Zugfahrzeuges, dann ergibt sich mit Kenntnis der beiden Kreisbahnen der Knickwinkel zwischen dem Zugfahrzeug und dem Anhänger.

Dem Verfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, das zu jedem Zustand eines aus einem Zugfahrzeug und mindestens einem Anhänger gebildeten Gespanns ein eindeutiges Tripel (Lenkwinkel, Knickwinkel, Kreisbahn des Anhängers) existiert. Die Kreisbahn ist durch den Quotienten der Messwertdifferenzen der Anhängerradsensoren eindeutig gegeben. Somit kann durch Hinzunahme des Lenkwinkels der Knickwinkel eindeutig bestimmt werden. Um den Knickwinkel bei einem zwei oder mehr Anhänger umfassenden Gespann genau zu ermitteln, ist zweckmäßigerweise der Anhänger an gegenüberliegenden Rädern einer Achse mit Anhängerradsensoren versehen. Diese Anordnung von Anhängerradsensoren ist bei einem nicht lenkbaren starren Anhänger mit einer oder mehr Achsen zu wählen.

Handelt es sich bei dem Anhänger um ein relativ großes bzw. langes Fahrzeug, dann ist zweckmäßigerweise der Anhänger als mehrgliedriger Anhänger ausgebildet und an den gegenüberliegenden Rädern einer Achse eines Gliedes mit Anhängerradsensoren und/oder als Drehschemelanhänger ausgebildet und an den gegenüberliegenden Rädern einer lenkbaren und einer starren Achse mit Anhängerradsensoren versehen. Im Falle mehrgliedriger Anhänger, bspw. so genannter Drehschemelanhänger, ist also die Ausrüstung jeweils einer Achse pro Fahrzeugglied (Starrkörper) mit Anhängerradsensoren erforderlich.

Vorzugsweise ist die Rechnereinrichtung mit einem Fahrzeugsteuergerät verbunden, an dem die Messsignale des Lenkwinkelsensors anliegen. Das Fahrzeugsteuergerät kann die für die Datenübertragung bzw. die Übertragung der Messwerte erforderliche Schnittstelle zur Verfügung stellen. Die Kopplung kann über einen Fahrzeug-Bus oder einen Netzwerkanschluss, oder über eine so genannte Bluetooth-Schnittstelle, erfolgen.

In Ausgestaltung ist die Rechnereinrichtung mittels einer Drahtlosschnittstelle mit dem Fahrzeugsteuergerät und einer Sendeeinrichtung des Anhängerradsensors oder einem mit dem Anhängerradsensor gekoppelten Anhängersteuergerät verbunden. Demnach ist keine separate Verdrahtung zum Anschluss der Rechnereinrichtung erforderlich und das Fahrerassistenzsystem zur Ermittlung des Knickwinkels zwischen dem Zugfahrzeug und dem Anhänger ist relativ einfach nachrüstbar Selbstverständlich kann bei einem Festeinbau, also einer serienmäßigen Ausstattung auch eine drahtgebundene Schnittstelle oder eine sonstige Integration vorgesehen sein ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Nach einer Weiterbildung ist die Rechnereinrichtung mit einer Anzeigeeinrichtung gekoppelt, die entweder in einer Armaturentafel des Zugfahrzeugs installiert oder Bestandteil eines mobilen Gerätes ist. Auf der Anzeigeeinrichtung lässt sich das Fahrzeuggespann mit dem zwischen dem Zugfahrzeug und dem Anhänger ermittelten Knickwinkel grafisch darstellen, so dass ein Fahrer des Zugfahrzeugs bei einer Lenkbewegung unmittelbar das Fahrverhalten des Anhängers in Relation zu dem Zugfahrzeug wahrnehmen kann. Die Anzeigeeinrichtung kann Bestandteil eines Bordcomputers oder dergleichen oder, insbesondere bei einem Nachrüstsatz, in ein Smartphone, ein mobiles Navigationsgerät, einen Tablet-Computer oder dergleichen integriert sein.

Zweckmäßigerweise erzeugt die Rechnereinrichtung ein optisches oder akustisches Alarmsignal bei Erreichen eines definierten Knickwinkels. Mittels des Alarmsignals wird der Fahrer auf einen kritischen Zustand, der beispielsweise zu einer Beschädigung des Zugfahrzeuges und/oder des Anhängers führen kann, aufmerksam gemacht und kann sein Handeln entsprechend anpassen.

In weiterer Ausgestaltung ist die Rechnereinrichtung mit einer Kamera zur Aufnahme einer Rückfahrsicht des Fahrzeuges gekoppelt, wobei auf Basis der Messsignale des Lenkwinkelsensors und des ermittelten Knickwinkels Trajektorien des Zugfahrzeugs und des Anhängers in die Darstellung der Rückfahrsicht einblendbar sind. Die zum Heck des Zugfahrzeugs ausgerichtete Kamera nimmt Bilder der Rückfahrsicht auf und stellt diese Bilder auf der in dem Zugfahrzeug installierten Anzeigeeinrichtung oder der Anzeigeeinrichtung des mobilen Gerätes in bekannter Weise dar. Zur optischen Unterstützung des Fahrers werden Darstellungen der berechneten Trajektorien in das dargestellte Bild eingeblendet. Demnach erzeugt die Recheneinheit eine schematische Darstellung des aktuellen Gespannzustandes, insbesondere des Knickwinkels, der auch als Einknickwinkel bezeichnet wird, auf einer optischen Anzeigeeinheit. Der aktuelle Gespannzustand entspricht der Lage des Zugfahrzeugs mit dem mindestens einen Anhänger in einer schematischen Draufsicht.

Eine Trajektorie bezeichnet insbesondere eine Bahnkurve entlang der sich ein Körper, also das Zugfahrzeug bzw. der Anhänger, bewegt. Insbesondere kann eine Trajektorie des Zugfahrzeugs ein Weg bzw. eine Bahnkurve eines vorbestimmten Punktes des Zugfahrzeugs und/oder des Anhängers sein.

Nach einer Weiterbildung kommuniziert die Rechnereinrichtung mit einem Lenk-Assistenzsystem des Zugfahrzeugs zum selbsttätigen Lenken. Beispielsweise ist derart ein Rangieren des Gespanns zur Aufnahme einer Wechselbrücke oder zum Anfahren an eine Laderampe möglich, wobei die Lenkung des Zugfahrzeugs durch das Lenk-Assistenzsystem aktiv beeinflusst wird.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar sind. Der Rahmen der Erfindung ist nur durch die Ansprüche definiert.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die zugehörige Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Seitenansicht eines Zugfahrzeugs und eines damit gekoppelten Anhängers mit einer Vorrichtung zur Ermittlung eines Knickwinkels,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf das Zugfahrzeug und den damit gekoppelten Anhänger und

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines aus dem Zugfahrzeug und dem einachsigen Anhänger gebildeten Gespanns im Fall einer stabilen Kreisfahrt

Ein Zugfahrzeug 1 umfasst einen Lenkwinkelsensor 2, der mit einem Fahrzeugsteuergerät 3 gekoppelt ist. Im Weiteren wird das Zugfahrzeug 1 mittels weiterer Fahrzeugsensoren vermessen, um Messdaten für unterschiedliche Fahrerassistenzsysteme zu erhalten, wie beispielsweise ein ABS, ein ESP oder eine Einparkhilfe. An seiner Rückseite weist das Zugfahrzeug 1 eine Anhängerkupplung 4 auf, die mit einer Deichsel 5 eines Anhängers 6 zu koppeln ist, um einen Gliederzug 7 zu bilden. Der Anhänger 6 weist an seinen auf einer Achse 8 gegenüberliegenden Rädern 9 Radsensoren 14 auf. Zur Ermittlung eines zwischen dem Zugfahrzeug 1 und dem Anhänger 6 vorliegenden Knickwinkels 10, der sich an der Anhängerkupplung 4 zwischen den Längsachsen des Zugfahrzeugs 1 und des Anhängers 6 in einer zu einem Boden 1 1 des Zugfahrzeugs 1 im Wesentlichen parallelen Ebene erstreckt, werden eine Kreisbahn 12, auf der sich das Zugfahrzeug 1 bewegt, und eine Kreisbahn 13 auf der sich der Anhänger 6 bewegt verglichen, wobei die eine Kreisbahn 12 anhand der Messsignale des Lenkwinkelsensors 2 und die andere Kreisbahn 13 anhand der Messsignale der Radsensoren 14 ermittelt wird.

Die Bestimmung der Kreisbahn 13 des Anhängers 6 erfolgt durch den Vergleich der mit den Radsensoren 14 ermittelten Radumdrehungen, wobei die Radsensoren 14 nach einer definierten Strecke, die das zugeordnete Rad 9 abrollt, ein Signal abgeben. Das kurveninnere Rad 9 legt in gleicher Zeit eine kürzere Strecke als das kurvenäußere Rad 9 zurück, dreht sich also mit einer geringeren Geschwindigkeit. Das Verhältnis der Strecken, die die beiden Räder 9 in der gleichen Zeit zurücklegen, bestimmt eindeutig den Radius der Kreisbahn 13 auf der sich der Anhänger 6 bewegt.

Verändert sich der mit dem Lenkwinkelsensor 2 überwachte Lenkwinkel des Zugfahrzeugs, ändern sich auch der Knickwinkel 10 und die Kreisbahn 13 des Anhängers 6, die, wie erläutert aus den mit den Radsensoren 14 gemessenen Umdrehungen der Räder 9 des Anhängers 6 zu berechnen ist. Sind die Raddrehgeschwindigkeiten der Räder 9 des Anhängers 6 bekannt und die durch die Informationen des Lenkwinkelsensors 2 gegebene Kreisbahn 12 des Zugfahrzeugs 1 , kann der Knickwinkel 10 berechnet werden.

Aus Messwerten der kreisbahninneren und kreisbahnäußeren Radsensoren 9 werden Quotienten gebildet, die gemeinsam mit zugeordneten Lenkwinkeln zur Auswertung mit einem Computerprogramm hinterlegt werden. Durch Interpolation kann zu einer mit den Radsensoren 9 ermittelten Laufzeit bei dem bekannten Quotienten der Radsensoren 9 sowie der Information des anliegenden Lenkwinkels der zugehörige Knickwinkel 10 bestimmt werden. Bewegt sich beispielsweise das Zugfahrzeug 1 mit einer exemplarisch angenommenen Geometrie mit einem Lenkwinkel von 40° und beträgt das Verhältnis der beiden Radsensoren 14 des Anhängers 6 0,2, dann beträgt der zugehörige Knickwinkel ca. 55°.

Zur Auswertung und grafischen Darstellung ist eine Rechnereinrichtung 15 in Form eines Smartphone mit dem Fahrzeugsteuergerät 3, an dem die Messsignale des Lenkwinkelsensors 2 ausgewertet werden sowie mit den Anhängerradsensoren 9 entweder unmittelbar oder über ein nicht dargestelltes Anhängersteuergerät, verbunden. In einer der Rechnereinrichtung 15 zugeordneten Speichereinrichtung 16 sind die einmal zu ermittelnden Messwerte bzw. die errechneten Verhältnisse der Werte der Anhängerradsensoren 9 hinterlegt. Eine Anzeigeeinrichtung 17 der Rechnereinrichtung 15 dient zur grafischen Darstellung des Zugfahrzeugs 1 mit dem Anhänger 6 in einer Ist-Lage, so dass der Fahrer optisch erfassen kann, wie sich der Anhänger 6 bei einer Lenkbewegung des Zugfahrzeugs 1 relativ zu dem Zugfahrzeug 1 in seiner Lage verändert.

Selbstverständlich ist es möglich, dass die Rechenreinrichtung 15 inhärenter Bestandteil eines Steuergerätes des Zugfahrzeuges 1 oder des Anhängers 6 und die Anzeigeeinrichtung 17 fest in dem Zugfahrzeug 1 beispielsweise in einer Armaturentafel installiert ist.

Eine Systemkalibrierung erfolgt wie im Folgenden erläutert:

Zieht ein Zugfahrzeug 1 eine hinreichend lange Strecke, die abhängig von der Fahrzeuggeometrie analytisch zu ermitteln ist, mit konstantem Lenkwinkel GL einen oder mehrere Anhänger 6, so ergibt sich eine stabile Fahrt, auf der die Kreismittelpunkte aller Fahrzeugglieder zusammen fallen. Dies gilt auch für die Geradeausfahrt. Während der stabilen Fahrt lässt sich das Größenverhältnis der paarweise vermessenen Räder 9 des Anhängers 6 bei bekannter Spurbreite aus den Messwerten der Anhängerradsensoren 14 bestimmen.

Ist das Größenverhältnis der vermessenen Räder 9 einer Achse 8 zueinander wie zuvor ermittelt, kann alternativ zur Kenntnis der Radumfänge ui, u _r und der Bestimmung der Geschwindigkeit hieraus, auch der im Zugfahrzeug 1 gemessene Geschwindigkeitswert (bei hinreichender Genauigkeit) als Eingangsgröße der Bewegungssimulation verwendet werden. Ferner können so Schwankungen der Radumfänge u durch veränderlichen Luftdruck sowie Beladung erkannt und kompensiert werden.

Zur Bestimmung des Knickwinkels ΔΘ12 sind die statischen Bemaßungen des Gespanns gemäß dem Einspurmodell, mit:

Li = Abstand Lenkachse-Hinterachse

Mi = Abstand Hinterachse-Kupplung

L2 = Abstand Anhängerachse-Kupplung)

sowie der aktuelle Lenkwinkel au, die Spurweite W2 und die Radumfänge (ui, u _r ) des Anhängers 6 erforderlich.

Dem Messverfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich Zugfahrzeug 1 und Anhänger 6 jeweils auf Kreisbahnen 12, 13 bewegen. Die Kenntnis der Kreisbahnen 12, 13 erlaubt die Rückrechnung des Knickwinkels ΔΘ, da dieser durch die Kreismittelpunkte eindeutig bestimmt ist.

Fig. 3 veranschaulicht die geometrischen Zusammenhänge anhand eines Beispiels:

Im Falle des Zugfahrzeuges 1 ist bei bekanntem Lenkwinkel und bekanntem Achsabstand der Kreismittelpunkt eindeutig bestimmt. Für den Bahnkurvenmittelpunkt M _z des Zugfahrzeuges 1 sowie den Bahnkurvenmittelpunkt M _a des Anhängers 6 gilt unter der Voraussetzung der Definition in einem lokalen Koordinatensystem des Zugfahrzeuges und dem Koordinatenursprung im Mittelpunkt der Hinterachse:

Während (1 ) bei bekanntem Lenkwinkel vollständig definiert ist, enthält (2) die Unbekannten ΔΘ12 sowie Γ2. Zur Lösung dieser Aufgabe wird die nachfolgende Verfahrensweise angewandt:

Mittels der paarweise installierten Anhängerradsensoren 14 an der Anhängerachse wird das Verhältnis der Radgeschwindigkeiten, zu denen die gemessenen Radgeschwindigkeiten und Drehwinkel pro Zeit äquivalent sind, bestimmt. Nachfolgend wird von der Verwendung typischer Inkremental- geber (Drehimpulsgeber, Inkrementaldrehgeber) ausgegangen: Für eine Folge von n (n ε N, n > 1 ) Messimpulsen werden mittels zentraler Recheneinheit mit Echtzeituhr die vergangene Zeitspanne erfasst und die aktuelle Radgeschwindigkeit gebildet. Die Wahl des Parameters n erfolgt aufgabenspezifisch und ermöglicht eine Anpassung von Reaktivität und Glättung. Das Verhältnis der so gebildeten Geschwindigkeiten des linken (vti) und rechten Rades (vtr) 9 zum Zeitpunkt t wird mit qt bezeichnet. Mit jedem eingehenden Messimpuls ist die erneute Berechnung von q möglich. Die Integration der Spurweite W2 in das zuvor beschriebene Einspurmodell erlaubt basierend auf Bahnradien die Bestimmung des Verhältnisses q wie folgt:

(4)

Durch Auflösung von (4) zu Γ2 kann daher bei bekannter Spurweite und bekanntem Quotienten der Radgeschwindigkeiten der Bahnradius Γ2 ermittelt werden.

Zur abschließenden Bestimmung des Knickwinkels ΔΘ erfolgt ein Abgleich des aktuell gemessenen Quotienten qt mit der kinematischen Simulationskomponente der zentralen Recheneinheit. Hierbei wird jene Fahrzeugkonfiguration ermittelt, die für den aktuellen Beobachtungszeitraum über die Messzeitpunkte (t - n, .., t) hinweg, den aktuell gemessenen Quotienten qt erzeugt.

Da die Lenkwinkelfolge zu den Messzeitpunkten (au.t-n, ai_i ,t) durch Messung mittels Lenkwinkelgeber bekannt ist, ist ausschließlich der Ausgangsknickwinkel zu bestimmen. Dies kann je nach Gespanntyp und Anwendung analytisch oder durch Vorberechnung und Hinterlegung in einer Umsetzungstabelle (lookup-table) geschehen.

Die Bestimmung respektive Auswahl des Ausgangsknickwinkels. A0i2,t-n der kinematischen Bewegungsfunktion f (Gleichung 5) für die aktuelle Messreihe erfolgt mit dem Ziel, mittels des so bestimmten simulatorischen Quotienten qtsim den gemessenen Quotienten qt möglichst exakt zu approximieren. Durch Extrapolation des bestimmten Ausgangsknickwinkels A0i2t-n anhand der gemessenen Lenkwinkelfolge erfolgt die abschließende Bestimmung des aktuellen Knickwinkels A0i2t.

Erst die modellbasierte Verrechnung von Lenkwinkeln und Radsensorwerten sowie die Betrachtung der zeitlichen Historie (für n Messzeitpunkte) erlauben eine hinreichend robuste Ermittlung des Knickwinkels, die aufgrund des Signal-Rausch-Verhältnisses und der zeitlichen Auflösung der Messwerte bei isolierter Betrachtung nicht gegeben ist.

Bezugszeichen

1 . Zugfahrzeug

2. Lenkwinkelsensor

3. Fahrzeugsteuergerät

4. Anhängerkupplung

5. Deichsel

6. Anhänger

7. Gliederzug

8. Achse

9. Rad

10. Knickwinkel

1 1 . Boden

12. Kreisbahn

13. Kreisbahn

14. Anhängerradsensor

15. Rechnereinrichtung

16. Speichereinrichtung

17. Anzeigeeinrichtung