DE102006030001A1

DE102006030001A1 - Regel- und Steuersystem in einem Fahrzeugverbund

Info

Publication number: DE102006030001A1
Application number: DE200610030001
Authority: DE
Inventors: Heiko Freienstein; Matthias Wellhoefer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2006-06-29
Filing date: 2006-06-29
Publication date: 2008-01-03
Also published as: WO2008000558A1

Abstract

Ein Regel- und Steuersystem in einem Fahrzeugverbund, bestehend aus einem Zugfahrzeug und einem über eine Anhängerkupplung verbundenen Anhänger, umfasst eine Sensorik im Zugfahrzeug zum Erfassen von den Fahrzustand beschreibenden Fahrzustandsgrößen, welche einem Steuergerät zuzuführen sind. In dem Steuergerät werden aus den Fahrzustandsgrößen Signale erzeugt, die mindestens einer Signalverarbeitungseinheit zuführbar sind. Die Sensoreinrichtung ist als eine in der Anhängerkupplung angeordnete Belastungssensoreinrichtung ausgebildet, die die auf die Anhängerkupplung wirkende Belastung in mindestens einer Richtung erfasst.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung bezieht sich auf ein Regel- oder Steuersystem in einem Fahrzeugverbund nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
In der DE 100 30 128 A1 wird ein Fahrzeugverbund beschrieben, bestehend aus einem Zugfahrzeug und einem über eine Deichsel angehängten Anhänger, bei dem zur Vermeidung dynamischer Fahrinstabilitäten eine Sensorik im Zugfahrzeug zur Erfassung von Differenzen zwischen dem Kurswunsch des Fahrers und der tatsächlichen Fahrzeugbewegung vorgesehen ist und die Differenz zwischen Soll- und Ist-Bewegung zur Abbremsung einzelner Räder der Anhängerachse führt. Durch das Abbremsen des Anhängers streckt sich der gesamte Zug, wodurch die Gefahr des Einknickens im Deichselgelenk signifikant reduziert werden soll.
Gemäß einer weiteren, in der DE 100 30 128 A1 beschriebenen Ausführung ist an der Anhängevorrichtung im Zugfahrzeug ein Deichselwinkelsensor vorgesehen, der an eine Auswerte- und Steuereinheit Informationen über den aktuellen Deichselwinkel – also die Abweichung der Deichsellängsachse gegenüber der Längsachse des Zugfahrzeugs – liefert. Die Informationen des Deichselwinkelsensors werden gemeinsam mit den Informationen aus den Sensoren im Zugfahrzeug und aus den Sensoren im Anhänger weiterverarbeitet, wobei über letztere die Gierbeschleunigung und die Querbeschleunigung ermittelt wird. Die Sensorikdaten aus dem Anhänger müssen in das Zugfahrzeug übertragen werden, in welchem sich die Auswerte- und Steuereinheit befindet, in der die Steilsignale für die Ansteuerung der Bremsaktoren erzeugt werden.
Offenbarung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Maßnahmen Informationen über den aktuellen Zustand eines Fahrzeugverbundes, bestehend aus Zugfahrzeug und Anhänger, bereitzustellen. Dies soll zweckmäßig mit reduziertem Aufwand für Sensorik und Datenübertragung realisiert werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
Das erfindungsgemäße Regel- oder Steuersystem weist eine Sensorik im Zugfahrzeug auf, die eine Sensoreinrichtung in der Anhängerkupplung umfasst, wobei diese Sensoreinrichtung in der Anhängerkupplung als Belastungssensoreinrichtung ausgebildet ist, die die auf die Anhängerkupplung wirkende Belastung in mindestens einer Raumrichtung umfasst. Die in der Belastungssensoreinrichtung erfassten Informationen werden einem Steuergerät zugeführt, in welchem Signale erzeugbar sind, die mindestens einer Signalverarbeitungseinheit zugeführt werden, beispielsweise einer Anzeigeeinheit, über die der Fahrer informiert wird, und/oder Aktuatoren im Fahrzeugverbund zur Änderung der aktuellen Einstellung, insbesondere zur Stabilisierung des Fahrzeuggespanns.
Mit dieser Ausführung werden verschiedene Vorteile erzielt: Da die Anhängerkupplung Bestandteil des Zugfahrzeuges ist, ist eine einfache und problemlose Datenübertragung von der Sensoreinrichtung zum Steuergerät durchführbar, welches sich ebenfalls im Zugfahrzeug befindet. Eine Datenübertragung vom Anhänger zum Zugfahrzeug ist dagegen nicht zwingend erforderlich, wodurch Kosten eingespart werden. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass die Belastungssensoreinrichtung mit verhältnismäßig geringem konstruktivem Aufwand in bzw. an der Anhängerkupplung realisiert werden kann. Beispielsweise können als Belastungssensoren Dehnmessstreifen oder Kraftmessbolzen eingesetzt werden, wobei letztere gemäß zweckmäßiger Ausführung unmittelbar Bestandteil der Befestigung der Anhängerkupplung am Chassis des Fahrzeuges sind. Vorteilhaft ist zudem, dass über die gemessene Belastung an der Anhängerkupplung verschiedene Fahrzustandsgrößen und -parameter ermittelt werden können, so zum Beispiel der Beladungszustand des Zugfahrzeuges und/oder der Beladungszustand des Anhängers, das Bremsverhalten und die Fahrdynamik.
In einer vorteilhaften Ausführung ist über die Belastungssensoreinrichtung die auf die Anhängerkupplung wirkende Belastung in allen drei Raumrichtungen erfassbar, und zwar mit vertretbarem Aufwand im Hinblick auf die konstruktive Ausführung und Anordnung der Sensoreinheiten. Die räumliche Erfassung der Belastung an der Anhängerkupplung ermöglicht es, weitere Zustandsinformationen über den Anhänger zu erlangen, ohne Sensoreinrichtungen direkt im Anhänger platzieren zu müssen.
Um auch große Belastungen aufnehmen zu können, kann es gegebenenfalls zweckmäßig sein, an der Anhängerkupplung einen Kraftnebenschluss zu realisieren, bei dem beispielsweise bei Überschreitung einer Grenzbelastung ein zusätzlicher Kontakt zwischen einem Bauteil der Anhängerkupplung und einem fahrzeugseitigen Bauteil hergestellt wird, wobei in dem Kontaktpunkt des Kraftnebenschlusses eine Belastungssensoreinrichtung angeordnet sein kann.
Die Anhängerkupplung ist zweckmäßig über einen so genannten intelligenten Kraftmessbolzen an das Chassis des Zugfahrzeugs angekoppelt, bei dem die auf die Anhängerkupplung wirkende Belastung zu einer Verformung eines Biegebalkens führt und diese Verformung über einen integrierten Schaltkreis mit Hallsensor registriert wird. Die Positionsänderung gegenüber einem im Bolzen angeordneten Permanentmagneten führt zu einer Variierung der Flussdichte, was in ein spannungsproportionales Signal umgesetzt wird.
Zusätzlich oder alternativ zum Kraftmessbolzen können auch Dehnmessstreifen eingesetzt werden, was den Vorteil hat, dass bei einer entsprechenden Positionierung der Dehnmessstreifen die Belastungen in allen drei Raumrichtungen ermittelt werden können. Ebendies ist erforderlich, um die maximale Anzahl an Informationen über den Ist-Zustand des Anhängers zu erlangen.
Die von der Belastungssensorik ermittelten Rohdaten werden gemäß einer ersten vorteilhaften Ausführung unmittelbar an das zentrale Steuergerät übermittelt, in welchem die Rohdaten weiterverarbeitet und der Generierung von Signalen zugrunde gelegt werden, die als Stellsignale den Aktoren im Fahrzeug – im Zugfahrzeug und/oder im Anhänger – zur Änderung der aktuellen Einstellung übermittelt und/oder anderen Signalverarbeitungseinheiten zugeführt werden, beispielsweise einer Anzeigeeinheit, über die der Fahrer informiert wird.
Gemäß einer zweiten vorteilhaften Ausführung kann es auch zweckmäßig sein, die Rohdaten der Belastungssensorik nicht unmittelbar dem zentralen Steuergerät, sondern zunächst einer Vorverarbeitungseinheit zuzuführen, in welcher die Rohdaten einer Vorverarbeitung unterzogen werden. Im Anschluss hieran werden die vorverarbeiteten Informationen dem Steuergerät zur Ermittlung und Generierung der Signale bzw. Stellsignale zugeführt. Die Vorverarbeitungseinheit kann unmittelbar der Belastungssensorik zugeordnet und somit am Ort der Belastungssensorik angeordnet sein.
Die Datenübertragungsschnittstelle der Belastungssensoreinrichtung ist entweder als analoge Schnittstelle oder als digitale Schnittstelle ausgeführt.
Aus den Daten der Belastungssensorik in bzw. an der Anhängerkupplung kann beispielsweise die tatsächliche Anhängelast und/oder die Stützlast erfasst werden. Wird die Belastungsgrenze bei einer dieser Lasten überschritten, so kann dies mittels geeignetem Ausgabegerät dem Fahrer zur Anzeige gebracht werden und gegebenenfalls auch zur automatischen Einstellungsänderung in Aktuatoren im Fahrzeug führen.
Als weiteres Ausführungsbeispiel kommt die Übertragung der Daten der Belastungssensorik zu einem elektronischen Stabilitätsprogramm (ESP) im Fahrzeug in Betracht, um beispielsweise für den Fall, dass hohe Stütz- bzw.
Anhängelasten ermittelt werden, in einen entsprechend adaptierten Modus zu schalten, der diesen hohen Lasten Rechnung trägt. Es können Änderungen durchgeführt werden, die das Bremsverhalten oder die Fahrdynamik beeinflussen.
Als weitere Ausführung kann die Bremswirkung des Anhängers ermittelt werden. In Betracht kommt sowohl eine Langzeitüberwachung, bei der über längere Zeiträume die Bremswirkung überwacht und gegebenenfalls ein schleichendes Nachlassen detektiert wird, als auch ein akutes, rapides Nachlassen der Bremswirkung der Anhängerbremse, was sich in einem plötzlichen Belastungsanstieg in der Belastungssensorik bemerkbar macht. Im Falle einer defekten oder überlasteten Bremse können Gegenmaßnahmen ergriffen werden, beispielsweise ein erhöhter Einsatz der Motorbremse. Außerdem kann die Änderung der Bremswirkung ebenfalls dem Fahrer angezeigt bzw. für eine spätere Diagnose abgespeichert werden.
Aus den Daten der Längsbelastung und der Querbelastung in der Anhängerkupplung können Fahrdynamikdaten gewonnen werden, also Daten zur Längsdynamik und zur Querdynamik, um beispielsweise ein beginnendes Schlingerverhalten zu erkennen und durch entsprechende Gegenmaßnehmen wie zum Beispiel Abbremsen einzelner Räder im Anhänger zu dämpfen. Schließlich kann aus der Querbelastung der Anhängerkupplung auch der Winkel zwischen der Längsachse des Zugfahrzeugs und der Längsachse des Anhängers bestimmt werden, wobei diese Information beispielsweise zur Unterstützung einer Einparkhilfe weiterverarbeitet werden kann.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugverbundes, bestehend aus einem Zugfahrzeug und einem über eine Deichsel angehängten Anhänger, wobei in der Anhängerkupplung eine Belastungssensoreinrichtung ausgebildet ist, deren Messdaten einem Steuergerät im Zugfahrzeug zugeführt werden,
2 eine schematische Darstellung mit den prinzipiellen Anordnungsmöglichkeiten der Messbolzen in der Anhängerkupplung zur Ermittlung der Kräfte in allen drei Raumrichtungen,
3 die Position des Messbolzens in der Anhängerkupplung zur Bestimmung der Seitenkräfte,
4 die Position des Messbolzens in der Anhängerkupplung zur Bestimmung der Zuglast,
5 die Position des Messbolzens in der Anhängerkupplung zur Bestimmung der Stützlast,
6 ein Ablaufdiagramm mit einer Darstellung der einzelnen Verfahrensschritte bei der Messung der Belastungen in der Anhängerkupplung und den daraus resultierenden Maßnahmen, insbesondere im Hinblick auf die Einstellung des Bremsverhaltens und der Fahrdynamik.
Ausführungsform(en) der Erfindung
In 1 ist ein Fahrzeugverbund 1 dargestellt, bestehend aus einem Zugfahrzeug 2 und einem Anhänger 3, der über eine Deichsel 4 an eine Anhängerkupplung 5 am Zugfahrzeug angehängt ist. In die Anhängerkupplung ist eine Sensoreinrichtung 6 integriert, die als Belastungssensoreinrichtung ausgeführt ist und die auf die Anhängerkupplung wirkende Belastungen zweckmäßig in allen drei Raumrichtungen misst. Die Mess- bzw. Sensordaten der Sensoreinrichtung 6 werden analog oder digital zu einem zentralen, im Zugfahrzeug 2 angeordneten Steuergerät 7 übertragen und dort einer weiteren Verarbeitung unterzogen. Aus den Sensordaten können im Steuergerät 7 Steuer- und Steilsignale zur Einstellung von Aktuatoren sowohl im Zugfahrzeug 2 als auch im Anhänger 3 erzeugt werden, um das Fahrverhalten zu beeinflussen, beispielsweise durch Veränderung des Bremsverhaltens oder der Fahrdynamik. Darüber hinaus ist es auch möglich, die Sensordaten zur Diagnose des Zustandes einzelner Aggregate im Fahrzeug heranzuziehen, beispielsweise zur Diagnose des Zustandes der Bremsen oder zur Ermittlung des aktuellen Belastungs- bzw. Beladungszustandes im Anhänger. Die aus den Sensordaten gewonnenen Erkenntnisse können als Informationen abgespeichert oder dem Fahrer zur Anzeige gebracht werden.
In den 2 bis 5 sind drei Kraftmessbolzen 8, 9 und 10 dargestellt, die in die Anhängerkupplung 5 zu integrieren sind und über die die auf die Anhängerkupplung wirkenden Belastungen in x-, y- und z-Richtung zu ermitteln sind. Jeder Kraftmessbolzen 8, 9 und 10 ist hierbei genau einer Kraftmessrichtung zugeordnet.
In 6 ist das Ablaufdiagramm mit den einzelnen Verfahrensschritten zur Erfassung der Belastungen über die Belastungssensoreinrichtung in der Anhängerkupplung und die Weiterverarbeitung der Sensordaten dargestellt. Gemäß Verfahrensschritt V1 werden im laufenden Betrieb über die verschiedenen Kraftmessbolzen in der Anhängerkupplung zunächst die Mess- bzw. Sensordaten ermittelt, die gegebenenfalls gemäß Verfahrensschritt V2 einer Vorverarbeitung unterzogen werden. Diese Vorverarbeitung kann in einer Vorverarbeitungseinheit durchgeführt werden, die separat vom Steuergerät ausgeführt und beispielsweise unmittelbar am Ort der Kraftmessbolzen angeordnet ist. Gegebenenfalls kann aber auf eine separate Vorverarbeitung auch verzichtet bzw. diese unmittelbar im zentralen Steuergerät durchgeführt werden.
Im nachfolgenden Verfahrensschritt V3 werden Kenngrößen berechnet, die anschließend in verschiedenen Zweigen weiterverarbeitet werden. In einem ersten Zweig wird gemäß Verfahrensschritt V4 zunächst der Belastungszustand aus den Sensordaten ermittelt, der anschließend im Verfahrensschritt V5 der Berechnung der Anhängelast bzw. Stützlast zugrunde gelegt wird. Diese Größe wird gemäß V6 zur Optimierung des fahrdynamischen Verhaltens einem elektronischen Stabilitätsprogramm ESP zugeführt; darüber hinaus wird diese Größe gemäß Verfahrensschritt V7 einer Lastüberwachung zugeführt, in der ein Vergleich mit einem zugeordneten Schwellenwert durchgeführt wird. Falls der zulässige Schwellen- bzw. Grenzwert überschritten wird, wird in einem weiteren Verfahrensschritt V15 dieser dem Fahrer in einem Anzeigegerät HMI zur Anzeige gebracht.
In einem zweiten Zweig werden die im Verfahrensschritt V3 ermittelten Kenngrößen der Beurteilung des Bremsverhaltens nach Verfahrensschritt V8 zugrunde gelegt. Dies führt gemäß Verfahrensschritt V9 zur Optimierung der Bremsenansteuerung und gemäß Verfahrensschritt V10 zu einer Überwachung durch Vergleich mit einem zugeordneten Schwellenwert und gegebenenfalls, bei Überschreitung des Schwellenwertes, zu einer Anzeige in der Anzeigeeinheit HMI gemäß Verfahrensschritt V15.
Im dritten Zweig werden die Kenngrößen aus dem Verfahrensschritt V3 im nachfolgenden Verfahrensschritt V11 der Beurteilung der Fahrdynamik zugrunde gelegt. Zunächst wird in dem Verfahrensschritt V12 die Längsbelastung und die Querbelastung ermittelt und im Verfahrensschritt V14 wiederum dem elektronischen Stabilitätsprogramm ESP zur Optimierung zugeführt. Parallel hierzu erfolgt eine Überwachung der Längs- und Querdynamik durch Vergleich mit zugeordneten Schwellenwerten gemäß Verfahrensschritt V13 und gegebenenfalls, bei Überschreitung der Grenzwerte, der anschließenden Anzeige in der Anzeigeeinheit HMI gemäß Verfahrensschritt V15.

Claims

Regel- oder Steuersystem in einem Fahrzeugverbund (1), bestehend aus einem Zugfahrzeug (2) und einem über eine Anhängerkupplung (5) verbundenen Anhänger (3), mit einer Sensorik im Zugfahrzeug (2) zum Erfassen von den Fahrzustand beschreibenden Fahrzustandsgrößen, die einem Steuergerät (7) zuführbar sind, in welchem aus den Fahrzustandsgrößen Signale erzeugbar sind, die mindestens einer Signalverarbeitungseinheit zuführbar sind, wobei die Sensorik eine Sensoreinrichtung (6) in der Anhängerkupplung (5) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (6) in bzw. an der Anhängerkupplung (5) als Belastungssensoreinrichtung (6) ausgebildet ist, die die auf die Anhängerkupplung (5) wirkende Belastung in mindestens einer Richtung erfasst.
Regel- oder Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Belastungssensoreinrichtung (6) die auf die Anhängerkupplung (5) wirkende Belastung in allen drei Raumrichtungen erfasst.
Regel- oder Steuersystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Belastungssensoreinrichtung (6) erfassten Daten in einer Vorverarbeitungseinheit einer Vorverarbeitung unterzogen und von der Vorverarbeitungseinheit zum Steuergerät (7) übermittelt werden.
Regel- oder Steuersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Belastungssensoreinrichtung (6) mindestens einen Dehnmessstreifen umfasst.
Regel- oder Steuersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Belastungssensoreinrichtung (6) mindestens einen Kraftmessbolzen (8, 9, 10) umfasst.
Regel- oder Steuersystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anhängerkupplung (5) über mindestens einen Kraftmessbolzen (8, 9, 10) mit dem Zugfahrzeug (2) verbunden ist.
Regel- oder Steuersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Belastungssensoreinrichtung (6) eine analoge Datenübertragungsschnittstelle aufweist.
Regel- oder Steuersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Belastungssensoreinrichtung (6) eine digitale Datenübertragungsschnittstelle aufweist.
Regel- oder Steuersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Anhängerkupplung (5) zur Realisierung eines Kraftnebenschlusses bei Überschreitung eines Belastungsgrenzwertes in Kontakt zu einem weiteren fahrzeugseitigen Bauteil gelangt, wobei an der Kontaktstelle ein Belastungssensor angeordnet ist.
Regel- oder Steuersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erzeugten Signale mindestens einer Anzeigeeinheit zur Anzeige des aktuellen Beladungszustands zuführbar sind.
Regel- oder Steuersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die erzeugten Signale als Stellsignale mindestens einer Stelleinrichtung im Fahrzeugverbund (1) zuführbar sind.
Regel- oder Steuersystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass über die Stelleinrichtung der Fahrzeugverband stabilisiert wird.
Verfahren zum Betrieb des Regel- oder Steuersystems nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem aus den über die Belastungssensoreinrichtung (6) erfassten Belastungen mindestens eine der folgenden Größen ermittelt wird: – Anhängelast – Stützlast – Bremswirkung des Anhängers (3) – Erfassung der Längs- und Querbelastung der Anhängerkupplung (5) zur Gewinnung von Fahrdynamikdaten und/oder zur Bestimmung des Einparkwinkels mit Anhänger (3).