专利名称：用于确定在挂车与牵引车之间的车组角的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种按权利要求I前序部分的用于确定在牵引车-挂车-车组的挂车与牵引车之间的车组角的方法。另外，本发明涉及一种按并列的独立权利要求的前序部分的用于执行该方法的装置。本发明尤其是涉及在这样一种车组中确定车组角，该车组包括构成为鞍式牵引车的牵引车以及构成为鞍式半挂车的挂车。
背景技术：
牵引车-挂车-车组的机动要求驾驶员的高度能力，在倒车和调车时尤其如此。为了支持驾驶员，已知一些电子系统，例如照相机、间距警告器和类似系统。也已知一些转向系统，它们支持牵引车-挂车-车组的机动。在此，所谓的车组角的认识，也就是说关于牵引车纵轴线在牵引车(鞍式牵引车)与挂车(鞍式半挂车)之间的弯折角度的认识，起到
重要作用。由DE 103 33 998A1已知一种用于确定牵引车-挂车-车组的挂车与牵引车之间的车组角的方法。在那里一般性建议，探测牵引车的各车轮的车轮转速和挂车的各车轮的车轮转速，并且由车轮转速的差值确定求解的车组角。但是该方法未被非常详细地说明。仅仅建议，该方法可以通过集成在ABS系统中的装置执行，该装置构成为ABS系统的控制器。即使该方法未被详细更深入地说明，也清楚的是，在那里应该至少探测多个不同的车轮转速，即牵引车的一个轴的各车轮转速以及挂车的一个轴的各车轮转速。就此而言，不仅在牵弓I车上而且在挂车上需要装配转速传感器，这在实现传感系统及其电缆布置或者说电线布置时已经需要高花费。
发明内容
因此本发明的目的在于，建议用于确定挂车与牵引车之间的车组角的方法和装置，它们克服上述缺陷。尤其是应建议这样的用于确定车组角的方法和装置，它们能够以低的花费在包括鞍式牵引车和鞍式半挂车的车组上实现。上述目的通过具有权利要求I的特征的方法以及具有并列独立权利要求的特征的装置达到。据此建议，为了确定车组角，执行下列步骤探测在挂车的刚性轴上支承的第一车轮的第一转速；探测在挂车的转向轴上支承的第二车轮的第二转速；探测在挂车的刚性轴或转向轴上支承的第三车轮的第三转速；分析在挂车的转向轴上的车轮转向角；并且借助于掌握的车轮转向角和这些探测的转速或者由这些探测的转速导出的参量应用至少一个计算公式。为了确定车组角，执行该方法的装置具有如下组成部分第一传感器，该第一传感 器探测在挂车的刚性轴上支承的第一车轮的第一转速；第二传感器，该第二传感器探测在挂车的转向轴上支承的第二车轮的第二转速；第三传感器，该第三传感器探测在挂车的刚性轴或转向轴上支承的第三车轮的第三转速；该装置的计算单元分析在挂车的转向轴上的车轮转向角并且借助于掌握的车轮转向角和这些探测的转速或者由这些探测的转速导出的参量应用至少一个计算公式。优选的是，所述至少一个计算公式描述车组角的随时间变化或时间导数与牵引车-挂车-车组的掌握的车轮转向角、探测的各转速以及空间尺寸的三角函数关系。因此仅在挂车的轴上，即在刚性轴和转向轴上，需要传感器，但在牵引车的轴上不需要。总体上仅需要三个传感器，两个传感器装配在刚性轴上且一个第三传感器装配在转向轴上，或者取而代之，两个传感器装配在转向轴上且一个第三传感器装配在刚性轴上。在转向轴上的当前的车轮转向角可以从控制转向系统的控制器接收并且由计算单元分析或应用在计算公式中。 本发明出发于这样的认识，即不必在牵引车的轴上探测转速，而是探测挂车或半挂车的轴上的转速就足以确定求解的车组角或者说弯折角度。由从属权利要求得到本发明的有利的实施形式。因此建议第一和第二计算公式，它们可以有选择地使用并且分别说明车组角的时间导数与牵引车-挂车-车组的掌握的车轮转向角、探测的转速以及空间尺寸的三角函数关系，因此可以计算车组角的时间导数。例如建议具有如下参数的第一计算公式Fl a 1 = -0. 5 * [~v9 * sin ( 3 ) * b+v9 * sin ( 3 ) * e * sin ( a ) +vlO * sin ( 3 )女 e 女 sin ( a )-2 * cos ( a ) * cos ( ^ ) * e * v9+2 * cos ( a ) * vll * e+b * sin ( ^ ) * vlO+cos ( a ) * sin ( ^ ) * c * v9-cos ( a ) * sin ( ^ ) * c * vlO+cos ( a ) * sin ( ^ ) * d * v9-cos ( a ) * sin ( ^ ) * d * vlO] /sin ( ^ ) /e/b其中a '=车组角的时间导数，a =车组角，^ =在挂车的转向轴上的车轮转向角，v9 =第一车轮的转速/速度(刚性轴)，vlO =第二车轮的转速/速度(刚性轴)，vll =第三车轮的转速/速度(转向轴)，b =鞍式牵引车的后轴与弯折点之间的间距，c =弯折点与鞍式半挂车的刚性轴之间的间距，d =鞍式半挂车的转向轴与刚性轴之间的间距，e =中轴线与转向轴的转动点之间的间距。作为第一公式的补充或替换措施，也可以应用具有如下参数的第二计算公式F2:
a ' = 0. 5 * (-2 * cos (￠) ~k sin ( ^ ) * cos (a) *e*vll+2 * cos ( a ) * cos ( ^ ) * cos ( ^ ) * sin ( ^ ) * v9 * e_cos(a) * c * vll+cos(a ) * d * vl2+cos(a ) * vl2 * c_cos(a) * cos(^ ) * cos(^ ) * d * vl2-cos ( a ) * d * vll+cos ( a ) * cos ( 3 ) * cos (￠) *d*vll+cos ( a ) * cos ( ^ ) * cos ( ^ ) * c * vll-cos ( a ) * cos ( ^ ) * cos ( ^ ) *vl2 * c
+sin(a) * e * vll-e * sin(a) * vl2_e * cos(^ ) * cos(^ ) * sin(a) * vll+e * cos ( ^ ) * cos ( ^ ) * sin ( a ) * vl2~2 * cos ( ^ ) * sin ( a ) * e * v9+2 * e * cos ( ^ ) * cos ( ^ ) * cos ( ^ ) * sin ( a ) * v9_cos(3) * cos ( ^ )* b * vll+b * vll-b * vl2+cos ( 3 ) * cos ( 3 ) * b * vl2) /cos ( 3 ) /e/ (_b) / (-1+cos ( 3 ) * cos ( 3 ))其中v9 =第一车轮的转速/速度(刚性轴)，vlO =第二车轮的转速/速度(刚性轴)，vll =第三车轮的转速/速度(转向轴)。这两个计算公式Fl和F2分别构成微分方程式，该微分方程式说明求解的车组角的时间导数a '。微分方程是Fl或F2可借助于积分方法求解，该积分方法给出求解的车组角a作为结果。建议应用向前欧拉法a n+i = a n+h a ' n其中a ' n =在时步n的车组角的时间导数，a n=在时步n的车组角，n =时步的数目(数字0、1、2、3......)，h =积分方法的步长。新的角度a n+1由前一时步n的参量a ' 和a n计算出。然后检验，在挂车的刚性轴上探测的车轮转速的差值是否改变符号(车轮具有反向的旋转方向)，以便然后停止积分方法。有利的是，执行该方法的装置构成为用于操纵牵引车-挂车-车组的控制器。
下面借助于示意性附图详细说明本发明及其优点，附图如下图I显示牵引车-挂车-车组的结构，本发明可以应用到该牵引车-挂车-车组上。图2显示本发明方法的流程图。
图3显示用于计算车组角的程序。
具体实施例方式图I显示车组结构，用于解释后续说明的细节，该车组包括牵引车I和连接于牵引车的挂车或半挂车2。在当前实施例中牵引车构成为鞍式牵引车1，其具有带车轮7、8的刚性后轴(驱动轴)和带车轮5、6的转向前轴。两个轴之间的间距a例如为5米。在牵引车I的几何中轴线3上有支承点或者说弯折点K，挂车2的牵引杆作用在该支承点或者说弯折点上。弯折点K与后轴之间的间距b例如为0. 5米。 在当前实施例中，挂车构成为双轴的鞍式半挂车2，其具有带车轮9和10的刚性轴以及带车轮11和12的转向后轴。在鞍式半挂车2的这两个轴之间的间距d例如为I. 35米。刚性前轴至弯折点K的间距c例如为10米。在半挂车2的几何中轴线与转向轮之一11或12的转动点之间的间距e例如为I米。这些数据或者说参数是已知的并且例如存储在数据存储器中，转向系统的控制器或者为此的计算单元访问该数据存储器。如借助于图I可见的，在弯道行驶时和在调车时产生在牵引车I和挂车2的几何中轴线之间的车组角或者说弯折角度a。为了确定车组角a，现在执行下面也借助于图2说明的方法。因此接着参考这两个附图。车组角或者说弯折角度a的认识尤其是对于控制转向系统是需要的，即用于调节或校正鞍式半挂车2的转向轴的车轮11和12的车轮转向角P。认识弯折角度a可以计算车轮转向角P的理论值，例如通过以下公式车轮转向角P的计算公式是P = arctan [d sin ( a )/c/cos ( a )]其中a =车组角，c =弯折点与鞍式半挂车(挂车)的刚性轴之间的间距，d =鞍式半挂车的转向轴与刚性轴之间的间距。为了确定弯折角度a，直接测量弯折角度a在技术上是非常耗费的。直接的测量通过应用在此建议的方法而应该变得多余。本发明出发于这样的认识，即弯折角度a能有效地借助于鞍式半挂车2的车轮转速进行计算，而不必探测鞍式牵引车I的车轮转速。因此，在此建议的方案无关于鞍式牵引车和/或需要安装在那里的传感系统的车辆信号。所有需要的车轮转速，可以已经通过鞍式半挂车2的三个车轮上的传感器被计算出。作为传感器，也可以使用在如今的制动系统中采用的标准传感器。本发明方法100现在包括如下步骤(见图I和2以及下面的公式Fl和F2)在第一步骤110中探测在挂车2的刚性轴上的车轮9的第一转速v9。在步骤120中探测挂车2的转向轴上的车轮11的第二转速vll。此外，在步骤130中探测刚性轴上的另一个车轮10的第三转速vlO。此外，在步骤140中分析转向轴2上的车轮转向角P或者从转向系统的控制器的数据存储器接收该车轮转向角。步骤110至140的顺序是任意的。在步骤150中至少应用第一计算公式F1，建议该计算公式用于确定求解的车组角的时间导数a '。这按公式Fl进行，该公式如下a 1 = -0. 5 * [_v9 * sin ( 3 ) * b+v9 * sin ( 3 ) * e * sin ( a ) +vlO * sin ( 3 )女 e 女 sin ( a )-2 * cos ( a ) * cos ( 3 ) * e * v9+2 * cos (a) * vll * e+b * sin ( 3 ) * vlO+cos ( a ) * sin ( 3 ) * c * v9_cos ( a ) * sin ( 3 ) * c * vlO+cos ( a ) * sin ( 3 )
女d女v9-cos ( a ) * sin ( ^ ) * d * vlO] /sin ( ^ ) /e/b
其中a '=车组角的时间导数，a =车组角，^ =在挂车的转向轴上的车轮转向角，
v9 =第一车轮9的转速/速度(刚性轴)，vlO =第二车轮10的转速/速度(刚性轴)，vll =第三车轮11的转速/速度(转向轴)，b =鞍式牵引车的后轴与弯折点之间的间距，c =弯折点与鞍式半挂车的刚性轴之间的间距，d =鞍式半挂车的转向轴与刚性轴之间的间距，e =中轴线与转向轴的转动点之间的间距。按照公式Fl处理在刚性轴上的两个车轮9和10以及在转向轴上的一个车轮(在此为车轮11)的转速或者速度，以便得到求解的车组角a的时间导数a '作为结果。为了验证结果，另外可以在步骤150中应用第二计算公式F2。在此需要注意，不仅探测车轮10上的车轮转速vlO，而且探测车轮12 (也见图I)上的车轮转速vl2。第二公式F2如下a ' =0.5* (_2 * cos (￠) ~k sin ( ^ ) * cos (a) *e*vll+2 * cos ( a ) * cos ( ^ ) * cos ( ^ ) * sin ( ^ ) * v9 * e_cos(a) * c * vll+cos (a ) * d * vl2+cos (a ) * vl2 * c_cos (a ) * cos (3 ) * cos (3 ) * d * vl2-cos ( a ) * d * vll+cos ( a ) * cos ( ^ ) * cos ( ^ ) * d * vll+cos (a ) * cos (^ ) * cos (^ ) * c * vll-cos (a ) * cos (^ ) * cos (^ ) * vl2 * c+sin(a) * e * vll-e * sin(a) * vl2~e * cos(^ ) * cos(^ ) * sin(a) * vll+e * cos ( ^ ) * cos ( ^ ) * sin ( a ) * vl2~2 * cos ( ^ ) * sin ( a ) * e * v9+2 * e * cos ( ^ ) * cos ( ^ ) * cos ( ^ ) * sin ( a ) * v9_cos(3) * cos ( ^ )
女b女vll+b女vll-b * vl2+cos(P) * cos(P) * b * vl2)/cos ( P )/e/(_b) / (_l+cos ( P ) *cos ( 3 ))其中v9 =第一车轮9的转速/速度(刚性轴)，vl2 =第二车轮12的转速/速度(转向轴)，vll =第三车轮11的转速/速度(转向轴)。按公式F2，测量在转向轴上的两个车轮11和12以及在刚性轴上的一个车轮(在此为车轮9)的转速或者速度，并用于计算a '。现在为了得到求解的车组角an+1，将参量a / 和an借助于如下积分方法(向前欧拉法)相互组合an+i = an+ha ' n其中a ' n =在时步n的车组角的时间导数，a n=在时步n的车组角，
a n+1 =在时步n+1的车组角，n =时步的数目(数字0、1、2、3......)，h =积分方法的步长。
步长h可以优选由控制器的周期时间承担。同样可以应用任何其它的积分方法。在此借助于图3详细说明程序。在开始积分方法160时，在步骤161中将数字n置零作为起始值。a的初始值也置零(= 0)。这例如在接通控制器或者在每次复位时发生。积分方法以弯折角度a ^ =0开始。在步骤162中，现在计算a的第一值(n = I)，即a n+1 = a n+h a ' n。然后对于每个继续的n重复步骤162，为此在步骤164中总是将数值变量加I (n = n+1)。但是事先在步骤163中检验，是否应该停止积分。为此检验，是否在半挂车的刚性轴上的车轮的转速差改变。因为传感系统不探测车轮的旋转方向，所以在步骤163中检验，差值v9-vl0是否出现符号变化。因为这样的结果表明，在刚性轴上的车轮反向旋转。在步骤163中借助于符号函数sgn检验，是否当前差值的符号与前一差值的符号相比已经改变，在此应用如下公式sgnn+1 (v9-vl0)幸 sgnn(v9-vl0)。如果发生符号改变，即sgnn+1不等于Sgrv那么在步骤165中停止积分方法，直到在步骤165中又出现符号改变。否则通过在步骤164中提高计数变量n = n+1和紧接着重复步骤162等等来继续该方法。已经表明，利用在此说明的方法100可以在大约70度以下的范围内可靠地计算弯折角度。这对于校正车轮转向角P是完全足够的。方法100可以在具有计算单元的装置中实施，例如在用于车辆转向系统的控制器中实施。附图标记列表I 牵引车(在此为鞍式牵弓I车)2 挂车(在此为鞍式半挂车)3 鞍式牵引车的中轴线4 鞍式半挂车的中轴线5 鞍式牵引车的右前轮6 鞍式牵引车的左前轮7 鞍式牵引车的驱动轴的右轮8 鞍式牵引车的驱动轴的左轮9 鞍式半挂车的刚性轴的右轮10 鞍式半挂车的刚性轴的左轮11 鞍式半挂车的转向轴的右轮12 鞍式半挂车的转向轴的左轮a 车组角(在鞍式牵引车与鞍式半挂车之间的弯折角度)^ 在鞍式半挂车的转向轴上的车轮转向角6 在鞍式牵引车的前轴上的车轮转向角K 在鞍式牵引车与鞍式半挂车之间的弯折点
a '车组角(弯折角度)的时间导数v9鞍式半挂车的刚性轴的右轮的速度(速度由车轮转速导出)vlO鞍式半挂车的刚性轴的左轮的速度(速度由车轮转速导出)vll鞍式半挂车的转向轴的右轮的速度(速度由车轮转速导出)vl2鞍式半挂车的转向轴的左轮的速度(速度由车轮转速导出)a鞍式牵引车的前轴与后轴之间的间距b鞍式牵弓丨车的后轴与弯折点之间的间距c弯折点与鞍式 半挂车的刚性轴之间的间距d鞍式半挂车的转向轴与刚性轴之间的间距e中轴线与转向轴的转动点之间的间距
权利要求
1.用于确定在牵引车-挂车-车组的牵引车⑴与挂车⑵之间的车组角U)的方法(100)，其中，探测挂车(2)的至少一个轴的车轮的转速，其特征在于如下步骤 探测(110)在挂车(2)的刚性轴上支承的第一车轮(9)的第一转速(v9)； 探测(120)在挂车(2)的转向轴上支承的第二车轮(11)的第二转速(vll)； 探测(130)在挂车(2)的刚性轴或转向轴上支承的第三车轮(10、12)的第三转速(vl0、vl2)； 分析(140)在挂车⑵的转向轴上的车轮转向角(β);并且 借助于掌握的车轮转向角(β)和这些探测的转速或者由这些探测的转速导出的参量应用(150)至少一个计算公式(F1、F2)。
2.根据权利要求I所述的方法(100)，其特征在于所述至少一个计算公式(F1、F2)描述车组角(α)的随时间变化或时间导数与牵引车-挂车-车组的掌握的车轮转向角(β)、探测的各转速(v9、vl0、vll、vl2)以及空间尺寸(b、c、d、e)的三角函数关系。
3.根据权利要求I或2所述的方法(100)，其特征在于应用具有如下参数的第一计算公式(Fl)α 1 = -O. 5 * [-v9 * sin ( β ) * b+v9 * sin ( β ) * e * sin ( α ) +vlO * sin ( β )e sin ( a )-2 * cos ( a ) * cos ( β ) * e * v9+2 * cos ( a ) * vll * e+b * sin ( β ) * vlO+cos ( a ) * sin ( β ) * c * v9-cos ( a ) * sin ( β ) * c * vlO+cos ( a ) * sin ( β ) * d * v9-cos ( a ) -A- sin ( β )vlO] /sin ( β ) /e/b 其中 a '=车组角的时间导数， a =车组角， β =在挂车的转向轴上的车轮转向角， v9 =第一车轮9的转速/速度(刚性轴)， VlO =第二车轮10的转速/速度(刚性轴)， vll =第三车轮11的转速/速度(转向轴)， b=鞍式牵引车的后轴与弯折点之间的间距， c =弯折点与鞍式半挂车的刚性轴之间的间距， d =鞍式半挂车的转向轴与刚性轴之间的间距， e=中轴线与转向轴的转动点之间的间距。
4.根据权利要求I至3中任一项所述的方法(100)，其特征在于应用具有如下参数的第二计算公式(F2)a ' = O. 5 * (-2 * cos (β ) 'k sin (β ) * cos (a) *e*vll+2 * cos ( a ) * cos ( β ) * cos ( β ) * sin ( β ) * v9 * e-cos ( a ) * c * vll+cos ( a ) * d * vl2+cos ( a ) * vl2 * c-cos ( a ) * cos ( β ) * cos ( β ) * d * vl2-cos ( a ) * d * vll+cos ( a ) * cos ( β ) * cos ( β ) * d * vll+cos ( a ) * cos (β ) * cos (β ) * c * vll-cos ( a ) * cos (β ) * cos (β ) * vl2 * c+sin ( a ) * e * vll-e * sin ( a ) * vl2~e * cos ( β ) * cos ( β ) * sin ( a ) * vll+e * cos ( β ) * cos ( β ) * sin ( α ) * vl2~2 * cos ( β ) * sin ( a ) * e * v9+2 * e * cos (β ) * cos (β ) * cos (β ) * sin (a ) * v9-cos (β ) * cos (β ) *b*vll+b 'k vll-b 'k vl2 +cos ( β ) * cos ( β ) * b * vl2) /cos ( β ) /e/ (_b) / (_l+cos ( β ) * cos ( β )) 其中 a '=车组角的时间导数， a =车组角， β =在挂车的转向轴上的车轮转向角， v9 =第一车轮的转速/速度(刚性轴)， vl2 =第二车轮的转速/速度(转向轴)， vll =第三车轮的转速/速度(转向轴)， b=鞍式牵引车的后轴与弯折点之间的间距， c=弯折点与鞍式半挂车的刚性轴之间的间距， d =鞍式半挂车的转向轴与刚性轴之间的间距， e=中轴线与转向轴的转动点之间的间距。
5.根据权利要求3和4所述的方法(100)，其特征在于将第一计算公式(Fl)和第二计算公式(F2)并行应用，以便验证车组角(α)的确定。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的方法(100)，其特征在于由所述至少一个计算公式(F1、F2)计算的时间导数(a，)和求解的车组角(α)以微分方程式的形式相互构成关系式，借助于积分方法(160)解微分方程式，特别是借助于向前欧拉法(160)解该微分方程式。
7.根据权利要求6所述的方法(100)，其特征在于如下求解微分方程式 a n+l = Q n+h a ； n 其中 a ' n=在时步n的车组角的时间导数， a n =在时步n的车组角， a n+l =在时步n+l的车组角， η =时步的数目(数字0、1、2、3......)， h =积分方法的步长。
8.根据权利要求7所述的方法(100)，其特征在于在积分方法(160)内检验(163)，刚性轴上的车轮(9、10)的转速差值的符号是否改变，以便然后停止积分方法(160)，直到转速差值的符号再次改变，即发生符号相反。
9.用于确定在牵引车-挂车-车组的牵引车⑴与挂车⑵之间的车组角(α)的装置，该装置具有多个传感器和至少一个与所述传感器连接的计算单元，这些传感器探测挂车(2)的至少一个轴的车轮的转速，其特征在于 第一传感器，该第一传感器探测在挂车(2)的刚性轴上支承的第一车轮(9)的第一转速(v9)； 第二传感器，该第二传感器探测在挂车(2)的转向轴上支承的第二车轮(11)的第二转速(vll);第三传感器，该第三传感器探测在挂车(2)的刚性轴或转向轴上支承的第三车轮(10、.12)的第三转速(vl0、vl2)； 所述计算单元分析在挂车(2)的转向轴上的车轮转向角(β)并且借助于掌握的车轮转向角(β)和这些探测的转速或者由这些探测的转速导出的参量应用至少一个计算公式(F1、F2)。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于所述计算单元执行按权利要求2至8中任一项所述的方法。
11.根据权利要求9或10所述的装置，其特征在于所述装置构成为用于操纵牵引车-挂车-车组的控制器。
12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于所述牵引车构成为鞍式牵引车(1)，并且所述挂车构成为鞍式半挂车。
全文摘要
一种用于确定在牵引车-挂车-车组的牵引车(1)与挂车(2)之间的车组角(α)的方法和装置，其中，探测挂车的至少一个轴的车轮的转速。探测在挂车(2)的刚性轴上支承的第一车轮(9)的第一转速；探测在挂车(2)的转向轴上支承的第二车轮(11)的第二转速；探测在挂车(2)的刚性轴或转向轴上支承的第三车轮(10、12)的第三转速；分析在挂车(2)的转向轴上的车轮转向角(β)；并且借助于掌握的车轮转向角和这些探测的转速或者由这些探测的转速导出的参量应用至少一个计算公式。
文档编号G01B21/22GK102628684SQ20121001827
公开日2012年8月8日 申请日期2012年1月20日 优先权日2011年1月21日
发明者A.布劳恩, H-P·勒夫勒, W·科格尔 申请人:Zf操作系统有限公司